Оберіть форму, що підходить для операції: алгебраїчну a + jb для додавання й віднімання, полярну r∠θ для множення, ділення, степенів і коренів.
Розкривайте дужки з j² = −1; діліть, помноживши чисельник і знаменник на спряжене знаменника.
Перетворюйте за r = √(a² + b²) і θ за ескізом точки (перевірте чверть), а назад — за a = r cos θ, b = r sin θ.
Для степенів користуйтеся формулою Муавра, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; для zⁿ = R∠φ випишіть усі n коренів R1/n∠((φ + 360°k)/n).
Диференціальні рівняння
Експоненціальне зростання/спадання
dy/dt = ky → y = y0ekt
Період напіврозпаду
k = ln 2 / t½
Закон охолодження Ньютона
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Інтегрувальний множник
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Бак змішування
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Матриці та визначники
визначник 2×2
det = ad − bc
Обернена матриця 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Продукт
(AB)ij = Σk AikBkj
Власні значення
det(A − λI) = 0
Правило Крамера
xi = det(Ai)/det(A)
Вектори: скалярний і векторний добутки
Модуль
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Одиничний вектор
û = a/|a|
Компоненти за кутом
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Скалярний добуток
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Скалярна проєкція a на b
a·b/|b|
Робота
W = F·d
Векторний добуток
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Площі
паралелограм |a × b|, трикутник ½|a × b|
Момент відносно O
MO = r × F, r = A − O
Об’єм паралелепіпеда
V = |a·(b × c)|
Метод
Запишіть кожен вектор у компонентах; для сили, заданої модулем і кутом, використовуйте F·cos θ і F·sin θ.
Для довжин і напрямів використовуйте модуль √(x² + y² + z²) та одиничний вектор a/|a|.
Скалярний добуток використовуйте для кутів, проєкцій, перпендикулярності й роботи: a·b = |a||b|cos θ.
Векторний добуток використовуйте для перпендикулярних векторів, площ і моментів: акуратно запишіть три компоненти, зберігаючи порядок a × b.
Імовірність
Протилежна подія
P(not A) = 1 − P(A)
Правило додавання
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Незалежні події
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Умовна ймовірність
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Біноміальний розподіл
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k
Описова статистика
Середнє
x̄ = Σx/n
Вибіркове стандартне відхилення
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Медіана
серединне значення впорядкованих даних
z-оцінка
z = (x − μ)/σ
Нормальний розподіл
68% у межах ±1σ, 95% у межах ±2σ
Нормальний розподіл
z-оцінка
z = (x − μ)/σ
Менше за x
P(X < x) = Φ(z)
Більше за x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Між
Φ(z2) − Φ(z1)
Процентиль
x = μ + z·σ
Метод
Переведіть значення в z-оцінку: z = (x − μ)/σ.
Знайдіть Φ(z) — площу ліворуч від z.
Для площі праворуч використайте 1 − Φ(z); для інтервалу відніміть дві ліві площі.
Для процентиля дійте у зворотному порядку: знайдіть z для площі, потім x = μ + z·σ.
2Задачі для практики
1.ГраниціСередня
Знайдіть границю L = limx→∞ (1 − 2/x)2x. Дайте десяткове значення.
f(x) = (1 − 2/x)2xx → ∞
L =
2.ГраниціСкладна
Знайдіть границю L = limx→0 (e−2x − 1 + 2x)/x².
f(x) = (e−2x − 1 + 2x)/x²x → 0
L =
3.ПохідніСередня
Нехай f(x) = ln(2x2 + 2). Знайдіть f′(−2).
f(x) = ln(2x2 + 2)x = −2
f′(−2) =
4.ПохідніСкладна
Дотична до f(x) = 2x2 − 6 у точці x = 3 перетинає вісь y у точці y = b. Знайдіть b.
f(x) = 2x2 − 6x = 3
b =
5.ІнтегралиСередня
Обчисліть I = ∫₀π/3 x·cos x dx (x у радіанах).
∫₀π/3 x·cos x dx
I =
6.ІнтегралиСкладна
Знайдіть площу A області між параболою y = 9 − x² і віссю x.
y = 9 − x²
A =
7.Комплексні числаСередня
Запишіть z = 12∠−75° в алгебраїчній формі a + jb і дайте уявну частину b.
r = 12θ = −75°
b =
8.Комплексні числаСкладна
Розв’яжіть z² + 4z + 13 = 0. Корені мають вигляд a ± jb; знайдіть b > 0.
p = 4q = 13
b =
9.Диференціальні рівнянняСередня
Чашку кави температурою 93 °C залишили в кімнаті з температурою 19 °C. Вона підпорядковується закону охолодження Ньютона, dT/dt = −k·(T − Tₐ). За k = 0,06 min⁻¹ знайдіть її температуру T через 15 min.
T0 = 93 °CTa = 19 °Ck = 0,06 min⁻¹t = 15 min
T = °C
10.Диференціальні рівнянняСкладна
Розв’яжіть задачу Коші y′ + 3y/x = x2 при x > 0, y(1) = 5. Знайдіть y(3).
y′ + 3y/x = x2y(1) = 5
y(3) =
11.Матриці та визначникиСередня
Нехай C = AB для поданих матриць. Знайдіть елемент c22 (рядок 2, стовпець 2).
A = [−1 4; 6 4]B = [−5 −3; 1 4]
c22 =
12.Матриці та визначникиСкладна
Розв'яжіть систему x − 4y = −2 і −5x + 6y = 4. Знайдіть x.
x − 4y = −2−5x + 6y = 4
x =
13.Вектори: скалярний і векторний добуткиСередня
Знайдіть скалярну проєкцію compb a вектора a = (−5, −4, −3) на b = (−5, −2, −1), тобто компоненту a у напрямі b.
a = (−5, −4, −3)b = (−5, −2, −1)
compb a =
14.Вектори: скалярний і векторний добуткиСкладна
Знайдіть об’єм V паралелепіпеда, ребра якого з однієї вершини — a = (4, 5, 2), b = (4, 4, −4) і c = (−5, −1, 4).
a = (4, 5, 2)b = (4, 4, −4)c = (−5, −1, 4)
V =
15.ІмовірністьСередня
У мішечку 6 червоних і 9 синіх кульок. Ви витягуєте дві кульки, не повертаючи першу. Яка ймовірність P, що обидві червоні?
6 / 9
P =
16.ІмовірністьСкладна
X має показаний розподіл, а Y = 3X + 20. Знайдіть середнє квадратичне відхилення σY величини Y.
Оцінки за іспит розподілені нормально із середнім 50 і стандартним відхиленням 20. Знайдіть z-оцінку z для результату 70.
μ = 50σ = 20x = 70
z =
19.Нормальний розподілСередня
Нехай маси пакетів розподілені нормально із середнім 250 g і стандартним відхиленням 5 g. Яка частка значень лежить між 245,25 і 260,25 g? Подайте P у вигляді десяткового дробу.
μ = 250σ = 5x1 = 245,25x2 = 260,25
P =
20.Нормальний розподілСкладна
Нехай бали за іспит розподілені нормально із середнім 65 балів і стандартним відхиленням 10 балів. Знайдіть значення x, нижче за яке лежать 25 % значень (25-й процентиль).
μ = 65σ = 10P = 25%
x = балів
3Розчини
1.Границі
Відповідь: L = 0,01832
Границі: спершу спробуйте пряму підстановку. Якщо виходить 0/0, спочатку спростіть: розкладіть на множники й скоротіть спільний множник або помножте на спряжений вираз. При x → ∞ поділіть чисельник і знаменник на найвищий степінь x. Правило Лопіталя: якщо f/g дає 0/0 або ∞/∞, то lim f/g = lim f′/g′, причому чисельник і знаменник диференціюють окремо (а не за правилом частки).
Візьміть логарифм
ln L = limx→∞ 2·x·ln(1 − 2/x)
Обчисліть
ln(1 + u)/u → 1 при u → 0, тож x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·(−2) = −4
Позбудьтеся логарифма
L = e−4 = 0,01832
Відповідь
L = 0,01832
2.Границі
Відповідь: L = 2
Границі: спершу спробуйте пряму підстановку. Якщо виходить 0/0, спочатку спростіть: розкладіть на множники й скоротіть спільний множник або помножте на спряжений вираз. При x → ∞ поділіть чисельник і знаменник на найвищий степінь x. Правило Лопіталя: якщо f/g дає 0/0 або ∞/∞, то lim f/g = lim f′/g′, причому чисельник і знаменник диференціюють окремо (а не за правилом частки).
Перше застосування
(−2·e−2x + 2)/(2x) → 0/0
Друге застосування
4·e−2x/2
Підставте x = 0
L = 4·1/2 = 2
Відповідь
L = 2
3.Похідні
Відповідь: f′(−2) = −0,8
Диференціювання: похідна f′(x) — це нахил графіка в точці x. Степеневе правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило добутку: (uv)′ = u′v + uv′. Ланцюгове правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Де f′(x) = 0, графік має горизонтальну дотичну: максимум, мінімум або сідлову точку.
Ланцюгове правило для логарифма
f′(x) = 4x/(2x2 + 2)
Підставте
f′(−2) = −8/10 = −0,8
Відповідь
f′(−2) = −0,8
4.Похідні
Відповідь: b = −24
Диференціювання: похідна f′(x) — це нахил графіка в точці x. Степеневе правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило добутку: (uv)′ = u′v + uv′. Ланцюгове правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Де f′(x) = 0, графік має горизонтальну дотичну: максимум, мінімум або сідлову точку.
Точка і нахил
f(3) = 12
f′(x) = 4x → f′(3) = 12
Дотична при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 12 − 12·3 = −24
Відповідь
b = −24
5.Інтеграли
Відповідь: I = 0,4069
Інтегрування частинами: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, з правила добутку. Оберіть за u множник, що спрощується після диференціювання (степінь x або ln x), а за dv — множник, який можна проінтегрувати (eˣ, sin x, cos x або x, коли u = ln x). Для визначеного інтеграла обчисліть u·v на обох межах: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Множник x² потребує двох кіл.
Оберіть u та dv
u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x
Первісна
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Границі
(π/3·sin π/3 + cos π/3) − (0 + 1) = 0,4069
Відповідь
I = 0,4069
6.Інтеграли
Відповідь: A = 36
Визначені інтеграли: ∫ₐᵇ f(x) dx — це площа зі знаком між графіком і віссю x від a до b. Знайдіть первісну F (F′ = f) і обчисліть F(b) − F(a). Степеневе правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площа між двома кривими — це ∫(верхня − нижня) dx.
Нулі
9 − x² = 0 → x = ±3
Інтегруйте
A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36
Відповідь
A = 36
7.Комплексні числа
Відповідь: b = −11,59
Полярна форма: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, де r = |z| і θ = arg z. Назад до алгебраїчної форми: a = r cos θ, b = r sin θ. Для аргументу потрібна чверть: θ = atan(b/a) лише за a > 0; за a < 0 додайте або відніміть 180°. У полярній формі множення просте: перемножте модулі й додайте аргументи; для ділення поділіть модулі й відніміть аргументи.
Складові
a = 12·cos(−75°) = 3,106
b = 12·sin(−75°) = −11,59
Алгебраїчна форма
z = 3,106 − j11,59
b = −11,59
Відповідь
b = −11,59
8.Комплексні числа
Відповідь: b = 3
Формула Муавра та корені: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. Рівняння zⁿ = R∠φ має рівно n коренів, усі з модулем R1/n, з аргументами (φ + 360°·k)/n для k = 0, 1, …, n − 1: вони лежать рівномірно на колі, на відстані 360°/n один від одного. Квадратне рівняння z² + pz + q = 0 за p² < 4q має комплексні корені z = −p/2 ± j√(q − p²/4); многочлен з дійсними коефіцієнтами завжди має комплексні корені спряженими парами a ± jb.
Дискримінант
p² − 4q = 16 − 52 = −36 < 0
Формула коренів квадратного рівняння
z = (−4 ± j√36)/2 = −2 + j3, −2 − j3
Відповідь
b = 3
Відповідь
b = 3
9.Диференціальні рівняння
Відповідь: T = 49,09 °C
Диференціальні рівняння першого порядку: dy/dt = k·y має розв’язок y = y₀·ekt (зростання при k > 0, спадання при k < 0); період напіврозпаду T дає k = ln 2/T. Закон охолодження Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) дає T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Лінійне рівняння y′ + p(x)·y = q(x) розв’язують з інтегрувальним множником μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, тож μy = ∫μq dx + C.
Розв’язок закону охолодження
T(t) = 19 + 74·e−0,06t
Підставте t
T(15) = 19 + 74·0,4066 = 49,09 °C
Відповідь
T = 49,09 °C
10.Диференціальні рівняння
Відповідь: y(3) = 4,679
Диференціальні рівняння першого порядку: dy/dt = k·y має розв’язок y = y₀·ekt (зростання при k > 0, спадання при k < 0); період напіврозпаду T дає k = ln 2/T. Закон охолодження Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) дає T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Лінійне рівняння y′ + p(x)·y = q(x) розв’язують з інтегрувальним множником μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, тож μy = ∫μq dx + C.
Інтегрувальний множник
μ = e∫3/x dx = x3
Інтегруйте
(x3y)′ = x5 → x3y = 1x6/6 + C
Початкова умова
5 = 1/6 + C → C = 4,833
Обчисліть
y(3) = (1·36/6 + 4,833)/33 = 4,679
Відповідь
y(3) = 4,679
11.Матриці та визначники
Відповідь: c22 = −2
Матриці: визначник матриці 2×2 дорівнює ad − bc. Для 3×3 розкладіть за рядком: кожен елемент множиться на визначник матриці 2×2, що залишається після викреслення його рядка і стовпця, зі знаками, що чергуються: + − +. Власні значення λ задовольняють det(A − λI) = 0; для 2×2 це λ² − (слід)·λ + det = 0.
Рядок на стовпець
c22 = 6·(−3) + 4·4 = −2
Відповідь
c22 = −2
12.Матриці та визначники
Відповідь: x = −0,2857
Матриці: визначник матриці 2×2 дорівнює ad − bc. Для 3×3 розкладіть за рядком: кожен елемент множиться на визначник матриці 2×2, що залишається після викреслення його рядка і стовпця, зі знаками, що чергуються: + − +. Власні значення λ задовольняють det(A − λI) = 0; для 2×2 це λ² − (слід)·λ + det = 0.
Визначник матриці коефіцієнтів
det A = 1·6 − (−4)·(−5) = −14
Замініть стовпець x
det Aₓ = (−2)·6 − (−4)·4 = 4
x = 4/(−14) = −0,2857
Відповідь
x = −0,2857
y = 0,4286
13.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: compb a = 6,573
Dot product:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, a scalar. It gives the angle between two vectors, cos θ = a·b/(|a|·|b|), and it is zero when they are perpendicular. The scalar projection of a onto b is a·b/|b|, and a constant force F moving through a displacement d does work W = F·d.
Скалярний добуток
a·b = (−5)·(−5) + (−4)·(−2) + (−3)·(−1) = 36
Довжина b
|b| = √((−5)² + (−2)² + (−1)²) = 5,477
Скалярна проєкція
compb a = a·b/|b| = 36/5,477 = 6,573
Відповідь
compb a = 6,573
14.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: V = 100
Cross product:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) is perpendicular to both vectors, and |a × b| = |a|·|b|·sin θ is the area of the parallelogram they span (the triangle has half of it). Order matters: b × a = −(a × b). The moment of a force F applied at point A about point O is MO = r × F, with r = A − O.
Векторний добуток b × c
(b × c)x = bycz − bzcy = 4·4 − (−4)·(−1) = 12
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−4)·(−5) − 4·4 = 4
(b × c)z = bxcy − bycx = 4·(−1) − 4·(−5) = 16
Скалярний добуток з a
a·(b × c) = 4·12 + 5·4 + 2·16 = 100
V = |100| = 100
Відповідь
V = 100
15.Імовірність
Відповідь: P = 0,1429
Імовірність: за рівноможливих наслідків P(A) = сприятливі/усі. Для незалежних подій імовірності множать: P(A і B) = P(A)·P(B). Часто допомагає протилежна подія: P(хоча б одна) = 1 − P(жодної). Біноміальний розподіл: у n незалежних випробуваннях з імовірністю успіху p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Перше і друге витягування
P = 6/15 · 5/14 = 30/210 = 0,1429
Відповідь
P = 0,1429
16.Імовірність
Відповідь: σY = 2,51
Дискретні випадкові величини: розподіл імовірностей перелічує всі значення x, яких може набувати величина, з імовірністю p(x); імовірності лежать між 0 і 1 та в сумі дають 1. Математичне сподівання (середнє) — E(X) = Σx·p(x), довгострокове середнє. Дисперсія — Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², а середнє квадратичне відхилення σ = √Var(X). Для лінійної зміни Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) і σY = |a|·σX; додавання сталої не змінює розкид.
Розкид X
μ = 1, Var(X) = 0,7, σX = 0,8367
Лінійна зміна
σY = |3|·0,8367 = 2,51
Відповідь
σY = 2,51
Середнє таки зсувається: E(Y) = 3·1 + 20 = 23.
17.Описова статистика
Відповідь: s = 16,58
Описова статистика: середнє — сума, поділена на n; медіана — середнє значення впорядкованих даних (середнє двох середніх при парному n). Вибіркове стандартне відхилення s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z-оцінка z = (x − μ)/σ показує, на скільки стандартних відхилень значення віддалене від середнього.
Описова статистика: середнє — сума, поділена на n; медіана — середнє значення впорядкованих даних (середнє двох середніх при парному n). Вибіркове стандартне відхилення s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z-оцінка z = (x − μ)/σ показує, на скільки стандартних відхилень значення віддалене від середнього.
Стандартизуйте
z = (70 − 50)/20 = 1
Відповідь
z = 1
19.Нормальний розподіл
Відповідь: P = 0,8088
Нормальний розподіл: переведіть значення x у z-оцінку z = (x − μ)/σ, яка показує, на скільки стандартних відхилень значення віддалене від середнього. Таблиця z (або Φ(z)) дає площу ліворуч від z, тобто P(X < x). Площа праворуч дорівнює 1 − Φ(z), а площа між двома значеннями — різниці їхніх площ ліворуч.
z-оцінки
z₁ = (245,25 − 250)/5 = −0,95
z₂ = (260,25 − 250)/5 = 2,05
Площа між
P = Φ(2,05) − Φ(−0,95) = 0,9798 − 0,1711 = 0,8088
Відповідь
P = 0,8088
20.Нормальний розподіл
Відповідь: x = 58,26 балів
Нормальний розподіл: переведіть значення x у z-оцінку z = (x − μ)/σ, яка показує, на скільки стандартних відхилень значення віддалене від середнього. Таблиця z (або Φ(z)) дає площу ліворуч від z, тобто P(X < x). Площа праворуч дорівнює 1 − Φ(z), а площа між двома значеннями — різниці їхніх площ ліворуч.