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→∞ (1 + 1/x)x. Дайте десяткове значення.
f(x) = (1 + 1/x)xx → ∞
L =
2.ГраниціСкладна
Знайдіть границю L = limx→0 (e−0,5x − 1 + 0,5x)/x².
f(x) = (e−0,5x − 1 + 0,5x)/x²x → 0
L =
3.ПохідніСередня
Нехай f(x) = x·sin(2x), x у радіанах. Знайдіть f′(1,5).
f(x) = x·sin(2x)x = 1,5 rad
f′(1.5) =
4.ПохідніСкладна
Дотична до f(x) = x2 + 4x − 5 у точці x = −1 перетинає вісь y у точці y = b. Знайдіть b.
f(x) = x2 + 4x − 5x = −1
b =
5.ІнтегралиСередня
Обчисліть I = ∫02 e−0,5x dx.
f(x) = e−0,5x[0, 2]
I =
6.ІнтегралиСкладна
Знайдіть площу A області між параболою y = 4 − x² і віссю x.
y = 4 − x²
A =
7.Комплексні числаСередня
Нехай z₁ = 2∠40° і z₂ = 1,5∠80°; знайдіть аргумент θ числа w = z₁/z₂ у градусах, між −180° і 180°.
z₁ = 2∠40°z₂ = 1,5∠80°
θ = °
8.Комплексні числаСкладна
Рівняння z² − 2z + 2 = 0 має два комплексні корені. Знайдіть їхній модуль |z|.
p = −2q = 2
|z| =
9.Диференціальні рівнянняСередня
Розв’яжіть y″ + 6y′ + 9y = 0 при y(0) = 2 і y′(0) = 0. Знайдіть y(0,5).
y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(0.5) =
10.Диференціальні рівнянняСкладна
Бак містить 400 L чистої води. Розсіл із 0,1 kg солі на літр надходить зі швидкістю 2 L/min, а добре перемішаний розчин витікає з тією самою швидкістю. Скільки солі m буде в баку через 75 min?
V = 400 Lm0 = 0 kgc = 0,1 kg/Lr = 2 L/min
m = kg
11.Матриці та визначникиСередня
Знайдіть визначник det A поданої матриці 3×3 A.
A = [1 −2 −3; 1 4 3; 3 5 3]
det A =
12.Матриці та визначникиСкладна
Розв'яжіть систему x + 5y = 3 і x + 2y = 4. Знайдіть x.
x + 5y = 3x + 2y = 4
x =
13.Вектори: скалярний і векторний добуткиСередня
Знайдіть скалярну проєкцію compb a вектора a = (−1, −2, 1) на b = (−2, 3, 6), тобто компоненту a у напрямі b.
a = (−1, −2, 1)b = (−2, 3, 6)
compb a =
14.Вектори: скалярний і векторний добуткиСкладна
Одиничний вектор n̂ перпендикулярний до обох векторів a = (−1, 0, −4) і b = (1, −3, 2) та має додатну z-компоненту. Знайдіть його y-компоненту n̂y.
a = (−1, 0, −4)b = (1, −3, 2)n̂z > 0
n̂y =
15.ІмовірністьСередня
Для показаного розподілу знайдіть середнє квадратичне відхилення σ величини X.
x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0,3, 0,05, 0,15, 0,35, 0,15
σ =
16.ІмовірністьСкладна
Участь у грі коштує €3. Ви виграєте €12 з імовірністю 0,1 і €60 з імовірністю 0,01; в інших випадках не виграєте нічого. Ставка не повертається. Знайдіть очікуваний чистий виграш E(G) за гру.
Величина розподілена нормально із середнім 100 і стандартним відхиленням 12. Яка частка P значень більша за 85,6?
μ = 100σ = 12x = 85,6
P =
19.Нормальний розподілСередня
Перетягніть z так, щоб заштрихована площа між −z і z під стандартною нормальною кривою дорівнювала 0,4713. Знайдіть z до двох знаків після коми.
A = 0,4713
z =
20.Нормальний розподілСкладна
результати IQ-тестів нормально розподілені із середнім 100 балів і стандартним відхиленням 15 балів. Перетягніть межу так, щоб заштриховані верхні 30% були праворуч від неї. Знайдіть межу x.
μ = 100 балівσ = 15 балів30%
x = балів
3Розчини
1.Границі
Відповідь: L = 2,718
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).
Візьміть логарифм
ln L = limx→∞ x·ln(1 + 1/x)
Обчисліть
ln(1 + u)/u → 1 при u → 0, тож x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 1·1 = 1
Позбудьтеся логарифма
L = e1 = 2,718
Відповідь
L = 2,718
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·e−0,5x + 0,5)/(2x) → 0/0
Друге застосування
0,25·e−0,5x/2
Підставте x = 0
L = 0,25·1/2 = 0,125
Відповідь
L = 0,125
3.Похідні
Відповідь: f′(1.5) = −2,829
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′(1,5) = 0,1411 + 3·(−0,99) = −2,829
Відповідь
f′(1,5) = −2,829
4.Похідні
Відповідь: b = −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.
Точка і нахил
f(−1) = −8
f′(x) = 2x + 4 → f′(−1) = 2
Дотична при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −8 − 2·(−1) = −6
Відповідь
b = −6
5.Інтеграли
Відповідь: I = 1,264
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.
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: θ = −40 °
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 / 1,5 = 1,333
θ = 40° − 80° = −40°
Аргумент
θ = −40°
Відповідь
θ = −40°
8.Комплексні числа
Відповідь: |z| = 1,414
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 = 4 − 8 = −4 < 0
Формула коренів квадратного рівняння
z = (2 ± j√4)/2 = 1 + j, 1 − j
Відповідь
|z| = √(1² + 1²) = √2 = 1,414
Відповідь
|z| = 1,414
9.Диференціальні рівняння
Відповідь: y(0.5) = 1,116
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 + 3)² = 0 → r = −3
Сталі
A = y(0) = 2
y′(0) = B − 3A → B = 0 + 6 = 6
Обчисліть
y(0,5) = (2 + 6·0,5)·e−1,5 = 1,116
Відповідь
y(0,5) = 1,116
10.Диференціальні рівняння
Відповідь: m = 12,51 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 = 2·0,1 − (2/400)·m = 0,2 − 0,005·m
Розв’яжіть
Інтегрувальний множник ert/V; розв’язок наближається до рівноважного c·V.
m(t) = 40 + (−40)·e−t/200
Підставте t
m(75) = 40 + (−40)·0,6873 = 12,51 kg
Відповідь
m = 12,51 kg
11.Матриці та визначники
Відповідь: det A = 6
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 = −3, M₁₂ = −6, M₁₃ = −7
Розклад за рядком
det A = 1·(−3) − (−2)·(−6) + (−3)·(−7) = 6
Відповідь
det A = 6
12.Матриці та визначники
Відповідь: x = 4,667
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 = 1·2 − 5·1 = −3
Замініть стовпець x
det Aₓ = 3·2 − 5·4 = −14
x = −14/(−3) = 4,667
Відповідь
x = 4,667
y = −0,3333
13.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: compb a = 0,2857
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 = (−1)·(−2) + (−2)·3 + 1·6 = 2
Довжина b
|b| = √((−2)² + 3² + 6²) = 7
Скалярна проєкція
compb a = a·b/|b| = 2/7 = 0,2857
Відповідь
compb a = 0,2857
14.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: n̂y = −0,1596
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.
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.
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.
Чисті результати
G: 9 (p = 0,1), 57 (p = 0,01), −3 (p = 0,89)
Математичне сподівання
E(G) = 9·0,1 + 57·0,01 − 3·0,89 = −1,2 €
Відповідь
E(G) = −1,2 €
Від’ємне значення означає, що в середньому ви втрачаєте гроші.
17.Описова статистика
Відповідь: s = 11,98
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: z = 0,63
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 + 0,4713)/2 = 0,7357
Читайте таблицю z у зворотному напрямку
Знайдіть 0,7357 усередині таблиці й зчитайте z.
z = 0,63
Відповідь
z = 0,63
20.Нормальний розподіл
Відповідь: x = 107,8 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.