Знайдіть аргумент θ числа z = −2 + j у градусах, як головне значення між −180° і 180°.
z = −2 + j
θ = °
8.Комплексні числаСкладна
Один із коренів z³ + 7z² + 16z + 10 = 0 дорівнює z₁ = −3 + j. Коефіцієнти дійсні. Знайдіть дійсний корінь r.
z₁ = −3 + j
r =
9.Диференціальні рівнянняСередня
Розв’яжіть y″ + 4y′ + 4y = 0 при y(0) = 2 і y′(0) = 2. Знайдіть y(1).
y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 2y′(0) = 2
y(1) =
10.Диференціальні рівнянняСкладна
Бак містить 1000 L чистої води. Розсіл із 0,05 kg солі на літр надходить зі швидкістю 4 L/min, а добре перемішаний розчин витікає з тією самою швидкістю. Скільки солі m буде в баку через 65 min?
V = 1000 Lm0 = 0 kgc = 0,05 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
11.Матриці та визначникиСередня
Знайдіть визначник det A поданої матриці 3×3 A.
A = [5 0 0; 2 4 4; 2 −1 1]
det A =
12.Матриці та визначникиСкладна
Знайдіть більше власне значення λ поданої матриці A.
A = [4 −1; −8 −3]
λ =
13.Вектори: скалярний і векторний добуткиСередня
Знайдіть кут θ між векторами a = (−2, −6, 5) і b = (−6, 3, −5) у градусах.
a = (−2, −6, 5)b = (−6, 3, −5)
θ = °
14.Вектори: скалярний і векторний добуткиСкладна
Для a = (6, 6, −4) і b = (5, 4, 0) знайдіть y-компоненту (a × b)y векторного добутку a × b.
a = (6, 6, −4)b = (5, 4, 0)
(a × b)y =
15.ІмовірністьСередня
Для показаного розподілу знайдіть дисперсію Var(X) величини X.
x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,35, 0,05, 0,35, 0,25
Var(X) =
16.ІмовірністьСкладна
Тестують 8 компонентів, кожен виходить з ладу незалежно з імовірністю 0,25. Яка ймовірність P, що з ладу вийде щонайбільше один?
Величина розподілена нормально із середнім 60 і стандартним відхиленням 10. Яка частка P значень більша за 40?
μ = 60σ = 10x = 40
P =
19.Нормальний розподілСередня
Маси болти незалежні та нормальні із середнім 40 g і середнім квадратичним відхиленням 1,2 g. Знайдіть імовірність P того, що загальна маса 5 з них менша за 198,7 g. Округліть z до двох знаків після коми.
μ = 40 gσ = 1,2 gn = 5< 198.7 g
P =
20.Нормальний розподілСкладна
Нехай результати IQ-тестів розподілені нормально із середнім 100 балів і стандартним відхиленням 15 балів. Знайдіть значення x, нижче за яке лежать 90 % значень (90-й процентиль).
μ = 100σ = 15P = 90%
x = балів
3Розчини
1.Границі
Відповідь: L = −0,75
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
(−3 + 9/x3)/(4 + 4/x2 + 2/x3)
Нехай x → ∞
L = −3/4 = −0,75
Відповідь
L = −0,75
При однакових степенях границя дорівнює відношенню старших коефіцієнтів.
2.Границі
Відповідь: L = 6,25
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
5·sin 5x/(4x) → 0/0
Друге застосування
25·cos 5x/4
Підставте x = 0
L = 25/4 = 6,25
Відповідь
L = 6,25
3.Похідні
Відповідь: f′(−1) = −0,5714
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 + 5)
Підставте
f′(−1) = −4/7 = −0,5714
Відповідь
f′(−1) = −0,5714
4.Похідні
Відповідь: x = 4
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 − 12x = 3·(x2 − 4x)
Розв'яжіть f′(x) = 0
x = 0 або x = 4
Що є що
f″(x) = 6x − 12: від'ємна в максимумі, додатна в мінімумі.
f″(0) = −12, f″(4) = 12
x = 4
Відповідь
x = 4
5.Інтеграли
Відповідь: I = 2,333
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.
Заміна змінної
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u2 du
Проінтегруйте й підставте межі
I = [u3/3]12 = (8 − 1)/3 = 2,333
Відповідь
I = 2,333
6.Інтеграли
Відповідь: I = 37,59
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
12,18·(3,25) − 1·2 = 37,59
Відповідь
I = 37,59
7.Комплексні числа
Відповідь: θ = 153,4 °
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.
Чверть
a = −2, b = 1 → II
Опорний кут
α = atan(1/2) = 26,57°
Аргумент
θ = 180° − α = 153,4°
Відповідь
θ = 153,4°
У полярній формі z = 2,236∠153,4°.
8.Комплексні числа
Відповідь: r = −1
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.
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.
Подвійний корінь
(r + 2)² = 0 → r = −2
Сталі
A = y(0) = 2
y′(0) = B − 2A → B = 2 + 4 = 6
Обчисліть
y(1) = (2 + 6·1)·e−2 = 1,083
Відповідь
y(1) = 1,083
10.Диференціальні рівняння
Відповідь: m = 11,45 kg
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.
Складіть рівняння
dm/dt = 4·0,05 − (4/1000)·m = 0,2 − 0,004·m
Розв’яжіть
Інтегрувальний множник ert/V; розв’язок наближається до рівноважного c·V.
m(t) = 50 + (−50)·e−t/250
Підставте t
m(65) = 50 + (−50)·0,7711 = 11,45 kg
Відповідь
m = 11,45 kg
11.Матриці та визначники
Відповідь: det A = 40
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 = 8, M₁₂ = −6, M₁₃ = −10
Розклад за рядком
det A = 5·8 − 0·(−6) + 0·(−10) = 40
Відповідь
det A = 40
12.Матриці та визначники
Відповідь: λ = 5
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.
Характеристичне рівняння
λ² − (1)λ + (−20) = 0
Розв’яжіть
λ = (1 ± √(81))/2 → λ = −4, 5
λ = 5
Відповідь
λ = 5
13.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: θ = 117,4 °
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 = (−2)·(−6) + (−6)·3 + 5·(−5) = −31
Модулі
|a| = √((−2)² + (−6)² + 5²) = 8,062
|b| = √((−6)² + 3² + (−5)²) = 8,367
Кут
cos θ = −31/(8,062·8,367) = −0,4596
θ = arccos(−0,4596) = 117,4°
Відповідь
θ = 117,4°
14.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: (a × b)y = −20
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 = 6·0 − (−4)·4 = 16
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·5 − 6·0 = −20
(a × b)z = axby − aybx = 6·4 − 6·5 = −6
Потрібна компонента
(a × b)y = −20
Відповідь
(a × b)y = −20
Перевірка: a × b перпендикулярний до обох векторів, тож його скалярний добуток з a і з b дорівнює нулю.
15.Імовірність
Відповідь: Var(X) = 5,8
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) = 0,758 = 0,1001
P(X = 1) = 8·0,25·0,757 = 0,267
Додайте
P = 0,1001 + 0,267 = 0,3671
Відповідь
P = 0,3671
17.Описова статистика
Відповідь: s = 16,38
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 = −2
Таблиця нормального розподілу
Φ(−2) = 0,02275
P = 1 − 0,02275 = 0,9772
Відповідь
P = 0,9772
19.Нормальний розподіл
Відповідь: P = 0,3156
Суми й різниці нормальних величин: якщо X і Y незалежні та нормальні, то X + Y і X − Y також нормальні. Середні додаються чи віднімаються: E(X ± Y) = μX ± μY. Дисперсії завжди додаються, також і для різниці: Var(X ± Y) = σX² + σY², тож σ = √(σX² + σY²). Середні квадратичні відхилення безпосередньо ніколи не додаються. Сума n незалежних елементів з однаковим розподілом має середнє n·μ і середнє квадратичне відхилення σ·√n. Далі стандартизуйте як звичайно: z = (x − середнє)/σ і зчитайте Φ(z).
Розподіл суми
μT = 200 g, σT = 1,2·√5 = 2,683 g
Стандартизуйте
z = (198,7 − 200)/2,683 = −0,48
Імовірність
P = Φ(−0,48) = 0,3156
Відповідь
P = 0,3156
20.Нормальний розподіл
Відповідь: x = 119,2 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.