Число z = 3·ej1,2 має кут у радіанах. Знайдіть його дійсну частину a.
r = 3θ = 1,2 rad
a =
8.Комплексні числаСкладна
Розв’яжіть z² − 3z + 27,25 = 0. Корені мають вигляд a ± jb; знайдіть дійсну частину a.
p = −3q = 27,25
a =
9.Диференціальні рівнянняСередня
Кувану сталеву деталь температурою 320 °C залишили остигати в цеху з температурою 22 °C. Вона підпорядковується закону охолодження Ньютона, dT/dt = −k·(T − Tₐ). За k = 0,05 min⁻¹ знайдіть її температуру T через 14 min.
T0 = 320 °CTa = 22 °Ck = 0,05 min⁻¹t = 14 min
T = °C
10.Диференціальні рівнянняСкладна
Система підпорядковується y″ + 2y′ + 10y = 100 для t ≥ 0, починаючи зі стану спокою: y(0) = 0, y′(0) = 0. Знайдіть y(1); кути в радіанах.
y″ + 2y′ + 10y = 100y(0) = 0y′(0) = 0
y(1) =
11.Матриці та визначникиСередня
Знайдіть визначник det A поданої матриці 3×3 A.
A = [−3 4 −5; −4 −4 −2; −3 −3 −4]
det A =
12.Матриці та визначникиСкладна
Розв'яжіть систему 5x + 2y = −12 і −3x + 4y = 9. Знайдіть x.
5x + 2y = −12−3x + 4y = 9
x =
13.Вектори: скалярний і векторний добуткиСередня
Знайдіть значення k, за якого вектори a = (−3, −3, 5) і b = (k, −1, 4) перпендикулярні.
a = (−3, −3, 5)b = (k, −1, 4)
k =
14.Вектори: скалярний і векторний добуткиСкладна
Для a = (5, 6, 2) і b = (−6, 5, 1) знайдіть y-компоненту (a × b)y векторного добутку a × b.
a = (5, 6, 2)b = (−6, 5, 1)
(a × b)y =
15.ІмовірністьСередня
Для показаного розподілу знайдіть середнє квадратичне відхилення σ величини X.
x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,05, 0,35, 0,35, 0,25
σ =
16.ІмовірністьСкладна
Тестують 10 компонентів, кожен виходить з ладу незалежно з імовірністю 0,3. Яка ймовірність P, що з ладу вийде щонайбільше один?
Оцінки за іспит розподілені нормально із середнім 60 і стандартним відхиленням 10. Знайдіть z-оцінку z для результату 64.
μ = 60σ = 10x = 64
z =
19.Нормальний розподілСередня
Нехай результати IQ-тестів розподілені нормально із середнім 100 балів і стандартним відхиленням 15 балів. Яка частка значень лежить між 78,25 і 122,5 балів? Подайте P у вигляді десяткового дробу.
μ = 100σ = 15x1 = 78,25x2 = 122,5
P =
20.Нормальний розподілСкладна
строки служби батарейок нормально розподілені із середнім 500 h і стандартним відхиленням 40 h. Перетягніть межу так, щоб заштриховані нижні 40% були ліворуч від неї. Знайдіть межу x.
μ = 500 hσ = 40 h40%
x = h
3Розчини
1.Границі
Відповідь: L = −0,6667
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).
Поділіть на найвищий степінь
(−2 + 2/x + 6/x2)/(3 + 2/x + 8/x2)
Нехай x → ∞
L = −2/3 = −0,6667
Відповідь
L = −0,6667
При однакових степенях границя дорівнює відношенню старших коефіцієнтів.
2.Границі
Відповідь: L = 4,5
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
3·sin 3x/(2x) → 0/0
Друге застосування
9·cos 3x/2
Підставте x = 0
L = 9/2 = 4,5
Відповідь
L = 4,5
3.Похідні
Відповідь: f′(2) = 5488
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
f′(x) = 4·(4x − 1)3·4
Підставте
f′(2) = 4·73·4 = 5488
Відповідь
f′(2) = 5488
4.Похідні
Відповідь: x = 6
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.
Похідна
f′(x) = 3x2 − 27x + 54 = 3·(x2 − 9x + 18)
Розв'яжіть f′(x) = 0
x = 3 або x = 6
Що є що
f″(x) = 6x − 27: від'ємна в максимумі, додатна в мінімумі.
f″(3) = −9, f″(6) = 9
x = 6
Відповідь
x = 6
5.Інтеграли
Відповідь: I = 5,545
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.
Первісна
F(x) = 4·ln x
Підставте межі
I = 4·(ln 4 − ln 1) = 4·ln 4 = 5,545
Відповідь
I = 5,545
6.Інтеграли
Відповідь: I = 0,7183
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.
Перший крок
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Другий крок
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Границі
2,718·(1) − 1·2 = 0,7183
Відповідь
I = 0,7183
7.Комплексні числа
Відповідь: a = 1,087
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.
Формула Ейлера
z = 3·(cos 1,2 + j sin 1,2)
Компоненти (радіани)
a = 3·cos 1,2 = 1,087
b = 3·sin 1,2 = 2,796
a = 1,087
Відповідь
a = 1,087
8.Комплексні числа
Відповідь: a = 1,5
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 = 9 − 109 = −100 < 0
Формула коренів квадратного рівняння
z = (3 ± j√100)/2 = 1,5 + j5, 1,5 − j5
Відповідь
a = 1,5
Відповідь
a = 1,5
9.Диференціальні рівняння
Відповідь: T = 170 °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) = 22 + 298·e−0,05t
Підставте t
T(14) = 22 + 298·0,4966 = 170 °C
Відповідь
T = 170 °C
10.Диференціальні рівняння
Відповідь: y(1) = 13,47
Лінійні рівняння другого порядку: для y″ + b·y′ + c·y = 0 шукайте y = ert: це дає характеристичне рівняння r² + b·r + c = 0. Два дійсні корені r₁ ≠ r₂ дають y = A·er₁t + B·er₂t (надкритичне демпфування); подвійний корінь r дає y = (A + Bt)·ert (критичне демпфування); комплексні корені −α ± jω дають y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (докритичне демпфування, коливання). Початкові значення y(0) і y′(0) визначають A і B. У вигляді y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 величина ωn — власна частота, а ζ — коефіцієнт демпфування: при ζ < 1 є коливання. При сталому вході y″ + by′ + cy = c·K розв’язок — усталене значення K плюс вільна складова.
Усталене значення та корені
yss = 10, r = −1 ± 3j
Сталі за початковими значеннями
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −1A + 3B = 0 → B = −3,333
Обчисліть
y(1) = 10·(1 − e−1(cos 3 + 0,3333·sin 3)) = 13,47
Відповідь
y(1) = 13,47
11.Матриці та визначники
Відповідь: det A = −70
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.
Мінори 2×2 першого рядка
M₁₁ = 10, M₁₂ = 10, M₁₃ = 0
Розклад за рядком
det A = (−3)·10 − 4·10 + (−5)·0 = −70
Відповідь
det A = −70
12.Матриці та визначники
Відповідь: x = −2,538
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 = 5·4 − 2·(−3) = 26
Замініть стовпець x
det Aₓ = (−12)·4 − 2·9 = −66
x = −66/26 = −2,538
Відповідь
x = −2,538
y = 0,3462
13.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: k = 7,667
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 дорівнює нулю
a·b = (−3)·k + (−3)·(−1) + 5·4 = 0
23 + (−3)·k = 0
Розв’яжіть щодо k
k = −23/(−3) = 7,667
Відповідь
k = 7,667
14.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: (a × b)y = −17
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 покомпонентно
(a × b)x = aybz − azby = 6·1 − 2·5 = −4
(a × b)y = azbx − axbz = 2·(−6) − 5·1 = −17
(a × b)z = axby − aybx = 5·5 − 6·(−6) = 61
Потрібна компонента
(a × b)y = −17
Відповідь
(a × b)y = −17
Перевірка: a × b перпендикулярний до обох векторів, тож його скалярний добуток з a і з b дорівнює нулю.
15.Імовірність
Відповідь: σ = 8,718
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.
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.
Нуль і одна відмова
P(X = 0) = 0,710 = 0,02825
P(X = 1) = 10·0,3·0,79 = 0,1211
Додайте
P = 0,02825 + 0,1211 = 0,1493
Відповідь
P = 0,1493
17.Описова статистика
Відповідь: s = 21,28
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 = (64 − 60)/10 = 0,4
Відповідь
z = 0,4
19.Нормальний розподіл
Відповідь: P = 0,8597
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 = (78,25 − 100)/15 = −1,45
z₂ = (122,5 − 100)/15 = 1,5
Площа між
P = Φ(1,5) − Φ(−1,45) = 0,9332 − 0,07353 = 0,8597
Відповідь
P = 0,8597
20.Нормальний розподіл
Відповідь: x = 490 h
Від площі назад до z: Φ(z) — це площа ліворуч від z. Для лівої площі хвоста A знайдіть у таблиці z, для якого Φ(z) = A. Права площа хвоста A означає Φ(z) = 1 − A. Центральна площа A між −z і z лишає (1 − A)/2 у кожному хвості, тож Φ(z) = (1 + A)/2. Для значення x використовуйте x = μ + zσ.