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→∞ (√(x2 + 7x) − x).
f(x) = √(x2 + 7x) − xx → ∞
L =
2.ГраниціСкладна
Знайдіть границю L = limx→0 (ex − 1 − x)/x².
f(x) = (ex − 1 − x)/x²x → 0
L =
3.ПохідніСередня
Нехай f(x) = ln(2x2 + 5). Знайдіть f′(−2).
f(x) = ln(2x2 + 5)x = −2
f′(−2) =
4.ПохідніСкладна
Дотична до f(x) = x2 − 3x − 6 у точці x = −1 перетинає вісь y у точці y = b. Знайдіть b.
f(x) = x2 − 3x − 6x = −1
b =
5.ІнтегралиСередня
Обчисліть I = ∫24 4/x dx.
f(x) = 4/x[2, 4]
I =
6.ІнтегралиСкладна
Область між прямою y = 3x і параболою y = x² обертається навколо осі x. Знайдіть об’єм V цього тіла.
y = 3xy = x²
V =
7.Комплексні числаСередня
Знайдіть аргумент θ числа z = −4 − j3 у градусах, як головне значення між −180° і 180°.
z = −4 − j3
θ = °
8.Комплексні числаСкладна
Корені рівняння zⁿ = w з n = 3 і w = 64∠−90° мають вигляд zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Знайдіть уявну частину z₁.
w = 64∠−90°n = 3k = 1
Im(z₁) =
9.Диференціальні рівнянняСередня
Розв’яжіть y″ + 7y′ + 12y = 0 при y(0) = 2 і y′(0) = -4. Знайдіть y(1,5).
y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 2y′(0) = -4
y(1.5) =
10.Диференціальні рівнянняСкладна
Система підпорядковується y″ + 2y′ + 17y = 85 для t ≥ 0, починаючи зі стану спокою: y(0) = 0, y′(0) = 0. Знайдіть пікове значення ymax її відгуку на одиничний стрибок.
y″ + 2y′ + 17y = 85y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Матриці та визначникиСередня
Нехай C = AB для поданих матриць. Знайдіть елемент c12 (рядок 1, стовпець 2).
A = [1 4; 5 2]B = [−5 −1; 1 3]
c12 =
12.Матриці та визначникиСкладна
Знайдіть більше власне значення λ поданої матриці A.
A = [3 6; 2 −1]
λ =
13.Вектори: скалярний і векторний добуткиСередня
Знайдіть скалярний добуток a·b векторів a = (2, −2, 0) і b = (6, −3, −7).
a = (2, −2, 0)b = (6, −3, −7)
a·b =
14.Вектори: скалярний і векторний добуткиСкладна
Для a = (−1, 0, 1) і b = (−5, 2, 0) знайдіть y-компоненту (a × b)y векторного добутку a × b.
a = (−1, 0, 1)b = (−5, 2, 0)
(a × b)y =
15.ІмовірністьСередня
Для показаного розподілу знайдіть дисперсію Var(X) величини X.
x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,2, 0,25, 0,25, 0,3
Var(X) =
16.ІмовірністьСкладна
X має показаний розподіл, а Y = 5X + 20. Знайдіть середнє квадратичне відхилення σY величини Y.
Величина розподілена нормально із середнім 100 і стандартним відхиленням 20. Яка частка P значень менша за 60?
μ = 100σ = 20x = 60
P =
19.Нормальний розподілСередня
Перетягніть z так, щоб заштрихована площа під стандартною нормальною кривою праворуч від z дорівнювала 0,0516. Знайдіть z до двох знаків після коми.
A = 0,0516
z =
20.Нормальний розподілСкладна
бали за іспит нормально розподілені із середнім 65 балів і стандартним відхиленням 10 балів. Перетягніть межу так, щоб заштриховані верхні 80% були праворуч від неї. Знайдіть межу x.
μ = 65 балівσ = 10 балів80%
x = балів
3Розчини
1.Границі
Відповідь: L = 3,5
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).
Помножте на спряжений вираз
f(x) = 7x/(√(x2 + 7x) + x)
Поділіть на x
f(x) = 7/(√(1 + 7/x) + 1)
Нехай x → ∞
L = 7/(1 + 1) = 3,5
Відповідь
L = 3,5
2.Границі
Відповідь: L = 0,5
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
(1·ex − 1)/(2x) → 0/0
Друге застосування
1·ex/2
Підставте x = 0
L = 1·1/2 = 0,5
Відповідь
L = 0,5
3.Похідні
Відповідь: f′(−2) = −0,6154
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′(−2) = −8/13 = −0,6154
Відповідь
f′(−2) = −0,6154
4.Похідні
Відповідь: b = −7
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(−1) = −2
f′(x) = 2x − 3 → f′(−1) = −5
Дотична при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −2 − (−5)·(−1) = −7
Відповідь
b = −7
5.Інтеграли
Відповідь: I = 2,773
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 2) = 4·ln 2 = 2,773
Відповідь
I = 2,773
6.Інтеграли
Відповідь: V = 101,8
Об’єми тіл обертання: обертання області під y = f(x) від x = a до x = b навколо осі x дає тіло, поперечний переріз якого в точці x — круг радіуса f(x). Сума кругів дає V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Якщо область лежить між зовнішньою кривою R(x) і внутрішньою r(x), кожен зріз — шайба: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Радіуси підносьте до квадрата до віднімання.
Точки перетину
3x = 1x² → x = 0, x = 3
Метод шайб
V = π∫₀3 ((3x)² − (1x²)²) dx
Інтегруйте
V = π(9·3³/3 − 1·3⁵/5) = π·32,4 = 101,8
Відповідь
V = 101,8
7.Комплексні числа
Відповідь: θ = −143,1 °
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 = −4, b = −3 → III
Опорний кут
α = atan(3/4) = 36,87°
Аргумент
θ = −(180° − α) = −143,1°
Відповідь
θ = −143,1°
У полярній формі z = 5∠−143,1°.
8.Комплексні числа
Відповідь: Im(z₁) = 4
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.
Модуль коренів
641/3 = 4
Аргумент кореня
θ₁ = (−90° + 360°·1)/3 = 90°
Алгебраїчна форма
z₁ = 4·(cos 90° + j sin 90°) = j4
Im(z₁) = 4
Відповідь
Im(z₁) = 4
3 коренів лежать на колі радіусом 4 на відстані 120° один від одного.
9.Диференціальні рівняння
Відповідь: y(1.5) = 0,03948
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 + 3)(r + 4) = 0 → r = −3, −4
Сталі за початковими значеннями
A + B = 2, −3A − 4B = -4
A = 4, B = −2
Обчисліть
y(1,5) = 4·e−4,5 + (−2)·e−6 = 0,03948
Відповідь
y(1,5) = 0,03948
10.Диференціальні рівняння
Відповідь: ymax = 7,28
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 = 5, r = −1 ± 4j
Сталі за початковими значеннями
y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −1A + 4B = 0 → B = −1,25
Пік
t = π/4 = 0,7854
ymax = 5·(1 + e−1·π/4) = 7,28
Відповідь
ymax = 7,28
11.Матриці та визначники
Відповідь: c12 = 11
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
c12 = 1·(−1) + 4·3 = 11
Відповідь
c12 = 11
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 − (2)λ + (−15) = 0
Розв’яжіть
λ = (2 ± √(64))/2 → λ = −3, 5
λ = 5
Відповідь
λ = 5
13.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: a·b = 18
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.
Перемножте відповідні компоненти й додайте
a·b = 2·6 + (−2)·(−3) + 0·(−7) = 12 + 6 + 0 = 18
Відповідь
a·b = 18
Додатний: кут між векторами менший за 90°.
14.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: (a × b)y = −5
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 = 0·0 − 1·2 = −2
(a × b)y = azbx − axbz = 1·(−5) − (−1)·0 = −5
(a × b)z = axby − aybx = (−1)·2 − 0·(−5) = −2
Потрібна компонента
(a × b)y = −5
Відповідь
(a × b)y = −5
Перевірка: a × b перпендикулярний до обох векторів, тож його скалярний добуток з a і з b дорівнює нулю.
15.Імовірність
Відповідь: Var(X) = 4,91
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 = 0·0,2 + 2·0,25 + 4·0,25 + 6·0,3 = 3,3
Середнє квадратів
E(X²) = 0·0,2 + 4·0,25 + 16·0,25 + 36·0,3 = 15,8
Дисперсія
Var(X) = 15,8 − 3,3² = 4,91
Відповідь
Var(X) = 4,91
16.Імовірність
Відповідь: σY = 6,942
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 = 1,65, Var(X) = 1,928, σX = 1,388
Лінійна зміна
σY = |5|·1,388 = 6,942
Відповідь
σY = 6,942
Середнє таки зсувається: E(Y) = 5·1,65 + 20 = 28,25.
17.Описова статистика
Відповідь: s = 8,595
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 = 0,02275
Відповідь
P = 0,02275
19.Нормальний розподіл
Відповідь: z = 1,63
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.
Площа ліворуч від z
Φ(z) = 1 − 0,0516 = 0,9484
Читайте таблицю z у зворотному напрямку
Знайдіть 0,9484 усередині таблиці й зчитайте z.
z = 1,63
Відповідь
z = 1,63
20.Нормальний розподіл
Відповідь: x = 56,6 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.