Величина розподілена нормально із середнім 50 і стандартним відхиленням 8. Яка частка P значень більша за 58?
μ = 50σ = 8x = 58
P =
19.Нормальний розподілСередня
Перетягніть z так, щоб заштрихована площа під стандартною нормальною кривою праворуч від z дорівнювала 0,7549. Знайдіть z до двох знаків після коми.
A = 0,7549
z =
20.Нормальний розподілСкладна
маси пакетів нормально розподілені із середнім 250 g і стандартним відхиленням 5 g. Перетягніть межу так, щоб заштриховані нижні 5% були ліворуч від неї. Знайдіть межу x.
μ = 250 gσ = 5 g5%
x = g
3Розчини
1.Границі
Відповідь: L = −0,25
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).
Поділіть на найвищий степінь
(−1 + 3/x3)/(4 + 2/x2 + 1/x3)
Нехай x → ∞
L = −1/4 = −0,25
Відповідь
L = −0,25
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·e3x − 3)/(2x) → 0/0
Друге застосування
9·e3x/2
Підставте x = 0
L = 9·1/2 = 4,5
Відповідь
L = 4,5
3.Похідні
Відповідь: f′(0.5) = 1,382
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.
Правила добутку й ланцюгове
f′(x) = sin(2x) + 2x·cos(2x)
Підставте
f′(0,5) = 0,8415 + 1·0,5403 = 1,382
Відповідь
f′(0,5) = 1,382
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(−2) = 13
f′(x) = 4x − 2 → f′(−2) = −10
Дотична при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 13 − (−10)·(−2) = −7
Відповідь
b = −7
5.Інтеграли
Відповідь: I = 8,047
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) = 5·ln x
Підставте межі
I = 5·(ln 5 − ln 1) = 5·ln 5 = 8,047
Відповідь
I = 8,047
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) = −7,5
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| = 2,5 · 3 = 7,5
θ = 70° + 110° = 180°
Алгебраїчна форма
Re(w) = 7,5·cos(180°) = −7,5
Im(w) = 7,5·sin(180°) = 0
Re(w) = −7,5
Відповідь
Re(w) = −7,5
8.Комплексні числа
Відповідь: r = −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.
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 + 1)(r + 3) = 0 → r = −1, −3
Сталі за початковими значеннями
A + B = 2, −1A − 3B = 0
A = 3, B = −1
Обчисліть
y(0,5) = 3·e−0,5 + (−1)·e−1,5 = 1,596
Відповідь
y(0,5) = 1,596
10.Диференціальні рівняння
Відповідь: y(1) = −0,9077
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.
Комплексні корені
r = −0,5 ± 4j
Сталі
A = 2, B = 0,5·2/4 = 0,25
Обчисліть
y(1) = e−0,5(2·cos 4 + 0,25·sin 4) = −0,9077
Відповідь
y(1) = −0,9077
11.Матриці та визначники
Відповідь: det A = −180
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 = 16, M₁₂ = −20, M₁₃ = −12
Розклад за рядком
det A = (−5)·16 − (−5)·(−20) + 0·(−12) = −180
Відповідь
det A = −180
12.Матриці та визначники
Відповідь: x = −0,5
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.
Визначник матриці коефіцієнтів
det A = (−4)·1 − (−1)·(−2) = −6
Замініть стовпець x
det Aₓ = 10·1 − (−1)·(−7) = 3
x = 3/(−6) = −0,5
Відповідь
x = −0,5
y = −8
13.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: θ = 41,81 °
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 = (−6)·(−4) + 6·0 + 3·2 = 30
Модулі
|a| = √((−6)² + 6² + 3²) = 9
|b| = √((−4)² + 0² + 2²) = 4,472
Кут
cos θ = 30/(9·4,472) = 0,7454
θ = arccos(0,7454) = 41,81°
Відповідь
θ = 41,81°
14.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: (a × b)x = −2
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 = (−1)·(−4) − 3·2 = −2
(a × b)y = azbx − axbz = 3·(−5) − 4·(−4) = 1
(a × b)z = axby − aybx = 4·2 − (−1)·(−5) = 3
Потрібна компонента
(a × b)x = −2
Відповідь
(a × b)x = −2
Перевірка: a × b перпендикулярний до обох векторів, тож його скалярний добуток з a і з b дорівнює нулю.
15.Імовірність
Відповідь: N = 126
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.
Комбінації
C(9, 5) = (9·8·7·6·5)/(5·4·3·2·1) = 126
Відповідь
N = 126
16.Імовірність
Відповідь: σY = 2,985
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 = 3,15, Var(X) = 2,227, σX = 1,492
Лінійна зміна
σY = |2|·1,492 = 2,985
Відповідь
σY = 2,985
Середнє таки зсувається: E(Y) = 2·3,15 + 4 = 10,3.
17.Описова статистика
Відповідь: s = 10,6
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
Таблиця нормального розподілу
Φ(1) = 0,8413
P = 1 − 0,8413 = 0,1587
Відповідь
P = 0,1587
19.Нормальний розподіл
Відповідь: z = −0,69
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 − 0,7549 = 0,2451
Читайте таблицю z у зворотному напрямку
Знайдіть 0,2451 усередині таблиці й зчитайте z.
z = −0,69
Відповідь
z = −0,69
20.Нормальний розподіл
Відповідь: x = 241,8 g
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.