Величина розподілена нормально із середнім 60 і стандартним відхиленням 20. Яка частка P значень більша за 36?
μ = 60σ = 20x = 36
P =
19.Нормальний розподілСередня
Нехай маси пакетів розподілені нормально із середнім 250 g і стандартним відхиленням 5 g. Яка частка значень лежить між 248,5 і 259,25 g? Подайте P у вигляді десяткового дробу.
μ = 250σ = 5x1 = 248,5x2 = 259,25
P =
20.Нормальний розподілСкладна
результати IQ-тестів нормально розподілені із середнім 100 балів і стандартним відхиленням 15 балів. Перетягніть межу так, щоб заштриховані нижні 15% були ліворуч від неї. Знайдіть межу x.
μ = 100 балівσ = 15 балів15%
x = балів
3Розчини
1.Границі
Відповідь: L = 0,2
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).
Поділіть на найвищий степінь
(1 + 1/x + (−6)/x2)/(5 + 6/x + 6/x2)
Нехай x → ∞
L = 1/5 = 0,2
Відповідь
L = 0,2
При однакових степенях границя дорівнює відношенню старших коефіцієнтів.
2.Границі
Відповідь: L = 0,125
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
(0,5·e0,5x − 0,5)/(2x) → 0/0
Друге застосування
0,25·e0,5x/2
Підставте x = 0
L = 0,25·1/2 = 0,125
Відповідь
L = 0,125
3.Похідні
Відповідь: f′(1) = 1000
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·(−2x − 3)3·(−2)
Підставте
f′(1) = 4·(−5)3·(−2) = 1000
Відповідь
f′(1) = 1000
4.Похідні
Відповідь: b = −13
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) = 11
f′(x) = 2x + 2 → f′(3) = 8
Дотична при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 11 − 8·3 = −13
Відповідь
b = −13
5.Інтеграли
Відповідь: I = 1,386
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) = ln x
Підставте межі
I = (ln 4 − ln 1) = ln 4 = 1,386
Відповідь
I = 1,386
6.Інтеграли
Відповідь: A = 10,67
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
4 − x² = 0 → x = ±2
Інтегруйте
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Відповідь
A = 10,67
7.Комплексні числа
Відповідь: Re(w) = −9,848
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.
Модуль і аргумент w
|w| = 5 / 0,5 = 10
θ = 30° − (−140)° = 170°
Алгебраїчна форма
Re(w) = 10·cos(170°) = −9,848
Im(w) = 10·sin(170°) = 1,736
Re(w) = −9,848
Відповідь
Re(w) = −9,848
8.Комплексні числа
Відповідь: a = −2,5
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 = 25 − 89 = −64 < 0
Формула коренів квадратного рівняння
z = (−5 ± j√64)/2 = −2,5 + j4, −2,5 − j4
Відповідь
a = −2,5
Відповідь
a = −2,5
9.Диференціальні рівняння
Відповідь: y(1.5) = 0,5801
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.
Характеристичні корені
(r + 2)(r + 4) = 0 → r = −2, −4
Сталі за початковими значеннями
A + B = 5, −2A − 4B = 4
A = 12, B = −7
Обчисліть
y(1,5) = 12·e−3 + (−7)·e−6 = 0,5801
Відповідь
y(1,5) = 0,5801
10.Диференціальні рівняння
Відповідь: y(2) = 2,964
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 = e0,5t
(e0,5ty)′ = 4e−0,5t
Загальний розв’язок
y = 4/(−0,5)·e−t + C·e−0,5t = −8·e−t + C·e−0,5t
Початкова умова
3 = −8 + C → C = 11
Обчисліть
y(2) = −8·0,1353 + 11·0,3679 = 2,964
Відповідь
y(2) = 2,964
11.Матриці та визначники
Відповідь: det A = −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.
Мінори 2×2 першого рядка
M₁₁ = −2, M₁₂ = −1, M₁₃ = 3
Розклад за рядком
det A = (−4)·(−2) − (−1)·(−1) + (−4)·3 = −5
Відповідь
det A = −5
12.Матриці та визначники
Відповідь: λ = 1
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 − (−3)λ + (−4) = 0
Розв’яжіть
λ = (−3 ± √(25))/2 → λ = −4, 1
λ = 1
Відповідь
λ = 1
13.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: a·b = −12
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.
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 − 2·(−1) = 2
(a × b)y = azbx − axbz = 2·(−2) − (−1)·0 = −4
(a × b)z = axby − aybx = (−1)·(−1) − 6·(−2) = 13
Потрібна компонента
(a × b)y = −4
Відповідь
(a × b)y = −4
Перевірка: a × b перпендикулярний до обох векторів, тож його скалярний добуток з a і з b дорівнює нулю.
15.Імовірність
Відповідь: Var(X) = 3,16
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.
Середнє
μ = 0·0,3 + 2·0,35 + 4·0,3 + 6·0,05 = 2,2
Середнє квадратів
E(X²) = 0·0,3 + 4·0,35 + 16·0,3 + 36·0,05 = 8
Дисперсія
Var(X) = 8 − 2,2² = 3,16
Відповідь
Var(X) = 3,16
16.Імовірність
Відповідь: P = 0,5033
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) = 0,88 = 0,1678
P(X = 1) = 8·0,2·0,87 = 0,3355
Додайте
P = 0,1678 + 0,3355 = 0,5033
Відповідь
P = 0,5033
17.Описова статистика
Відповідь: s = 16,15
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 = −1,2
Таблиця нормального розподілу
Φ(−1,2) = 0,1151
P = 1 − 0,1151 = 0,8849
Відповідь
P = 0,8849
19.Нормальний розподіл
Відповідь: P = 0,5858
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 = (248,5 − 250)/5 = −0,3
z₂ = (259,25 − 250)/5 = 1,85
Площа між
P = Φ(1,85) − Φ(−0,3) = 0,9678 − 0,3821 = 0,5858
Відповідь
P = 0,5858
20.Нормальний розподіл
Відповідь: x = 84,4 балів
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.