Decide qué forma conviene a la operación: la rectangular a + jb para sumar y restar, la polar r∠θ para multiplicar, dividir, potencias y raíces.
Desarrolla con j² = −1; divide multiplicando numerador y denominador por el conjugado del denominador.
Convierte con r = √(a² + b²) y θ a partir de un dibujo del punto (comprueba el cuadrante), y de vuelta con a = r cos θ, b = r sin θ.
Para las potencias usa De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; para zⁿ = R∠φ enumera las n raíces R1/n∠((φ + 360°k)/n).
Ecuaciones diferenciales
Crecimiento/decrecimiento exponencial
dy/dt = ky → y = y0ekt
Periodo de semidesintegración
k = ln 2 / t½
Ley de enfriamiento de Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Factor integrante
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Depósito de mezcla
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Matrices y determinantes
determinante 2×2
det = ad − bc
Inversa de 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Producto
(AB)ij = Σk AikBkj
Valores propios
det(A − λI) = 0
Regla de Cramer
xi = det(Ai)/det(A)
Vectores: producto escalar y vectorial
Módulo
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vector unitario
û = a/|a|
Componentes a partir de un ángulo
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Producto escalar
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Proyección escalar de a sobre b
a·b/|b|
Trabajo
W = F·d
Producto vectorial
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Áreas
paralelogramo |a × b|, triángulo ½|a × b|
Momento respecto a O
MO = r × F, r = A − O
Volumen de un paralelepípedo
V = |a·(b × c)|
Método
Escribe cada vector en componentes; para una fuerza dada por un módulo y un ángulo, usa F·cos θ y F·sin θ.
Para longitudes y direcciones usa el módulo √(x² + y² + z²) y el vector unitario a/|a|.
Usa el producto escalar para ángulos, proyecciones, perpendicularidad y trabajo: a·b = |a||b|cos θ.
Usa el producto vectorial para vectores perpendiculares, áreas y momentos: escribe con cuidado las tres componentes, manteniendo el orden a × b.
Probabilidad
Complementario
P(not A) = 1 − P(A)
Regla de la suma
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Sucesos independientes
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilidad condicionada
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomial
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k
Estadística descriptiva
Media
x̄ = Σx/n
Desviación típica muestral
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
valor central de los datos ordenados
Puntuación z
z = (x − μ)/σ
Distribución normal
68% dentro de ±1σ, 95% dentro de ±2σ
Distribución normal
Puntuación z
z = (x − μ)/σ
Por debajo de x
P(X < x) = Φ(z)
Por encima de x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Entre dos valores
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentil
x = μ + z·σ
Método
Convierte el valor en una puntuación z: z = (x − μ)/σ.
Busca Φ(z), el área a la izquierda de z.
Para el área a la derecha usa 1 − Φ(z); para un intervalo resta las dos áreas a la izquierda.
Para un percentil, trabaja al revés: halla z para el área y luego x = μ + z·σ.
2Problemas de práctica
1.LímitesMedia
Halla el límite L = limx→∞ (1 + 2/x)2x. Da un valor decimal.
f(x) = (1 + 2/x)2xx → ∞
L =
2.LímitesDifícil
Halla el límite L = limx→0 (1 − cos 4x)/(2x²), con x en radianes.
f(x) = (1 − cos 4x)/(2x²)x → 0
L =
3.DerivadasMedia
Sea f(x) = x·sin(2x), con x en radianes. Calcula f′(0,5).
f(x) = x·sin(2x)x = 0,5 rad
f′(0.5) =
4.DerivadasDifícil
Sea f(x) = x3 + 6x2 + 9x − 3. Calcula la coordenada x x del máximo local.
f(x) = x3 + 6x2 + 9x − 3
x =
5.IntegralesMedia
Calcula I = ∫₀π x·cos x dx (x en radianes).
∫₀π x·cos x dx
I =
6.IntegralesDifícil
Calcula el área A de la región encerrada entre y = x2 e y = 4x.
y = x2y = 4x
A =
7.Números complejosMedia
Dados z₁ = 3∠70° y z₂ = 4∠110°, halla la parte real de w = z₁/z₂.
z₁ = 3∠70°z₂ = 4∠110°
Re(w) =
8.Números complejosDifícil
Usa el teorema de De Moivre para hallar la parte imaginaria de z⁵ para z = √3 + j.
z = √3 + jn = 5
Im(z⁵) =
9.Ecuaciones diferencialesMedia
Resuelve y″ + 2y′ + y = 0 con y(0) = 1 e y′(0) = 1. Halla y(1).
y″ + 2y′ + y = 0y(0) = 1y′(0) = 1
y(1) =
10.Ecuaciones diferencialesDifícil
Un sistema obedece y″ + y′ + 4,25y = 42,5 para t ≥ 0, partiendo del reposo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Halla y(0,75); ángulos en radianes.
y″ + y′ + 4,25y = 42,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.75) =
11.Matrices y determinantesMedia
Calcula el determinante det A de la matriz 3×3 A mostrada.
A = [−4 −5 −5; 3 −4 5; −1 −3 1]
det A =
12.Matrices y determinantesDifícil
Resuelve el sistema 3x + 4y = 0 y x − 5y = 4. Calcula x.
3x + 4y = 0x − 5y = 4
x =
13.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
Halla la proyección escalar compb a de a = (5, −6, 2) sobre b = (5, 3, −1), es decir, la componente de a en la dirección de b.
a = (5, −6, 2)b = (5, 3, −1)
compb a =
14.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
Halla el volumen V del paralelepípedo cuyas aristas desde un vértice son a = (3, −4, −1), b = (1, −4, −5) y c = (−4, −2, −5).
a = (3, −4, −1)b = (1, −4, −5)c = (−4, −2, −5)
V =
15.ProbabilidadMedia
Para la distribución mostrada, halla la desviación típica σ de X.
x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,3, 0,2, 0,25, 0,25
σ =
16.ProbabilidadDifícil
Se prueban 7 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,1, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?
n = 7p = 0,1
P =
17.Estadística descriptivaMedia
Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 14, 22, 26, 17, 32.
n = 5
s =
18.Estadística descriptivaDifícil
Una magnitud sigue una distribución normal con media 170 y desviación típica 12. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 194?
μ = 170σ = 12x = 194
P =
19.Distribución normalMedia
Supón que las duraciones de las baterías siguen una distribución normal con media 500 h y desviación típica 40 h. ¿Qué fracción está entre 490 y 550 h? Da P como número decimal.
μ = 500σ = 40x1 = 490x2 = 550
P =
20.Distribución normalDifícil
Supón que los pesos de las bolsas siguen una distribución normal con media 250 g y desviación típica 5 g. Halla el valor x por debajo del cual queda el 80 % de los datos (el percentil 80).
μ = 250σ = 5P = 80%
x = g
3Disoluciones
1.Límites
Respuesta: L = 54,6
Límites: prueba primero la sustitución directa. Si da 0/0, simplifica antes: factoriza y cancela el factor común, o multiplica por el conjugado. Cuando x → ∞, divide numerador y denominador entre la mayor potencia de x. Regla de L'Hôpital: si f/g da 0/0 o ∞/∞, entonces lim f/g = lim f′/g′, derivando el numerador y el denominador por separado (no con la regla del cociente).
Toma el logaritmo
ln L = limx→∞ 2·x·ln(1 + 2/x)
Evalúa
ln(1 + u)/u → 1 cuando u → 0, así que x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·2 = 4
Deshaz el logaritmo
L = e4 = 54,6
Respuesta
L = 54,6
2.Límites
Respuesta: L = 4
Límites: prueba primero la sustitución directa. Si da 0/0, simplifica antes: factoriza y cancela el factor común, o multiplica por el conjugado. Cuando x → ∞, divide numerador y denominador entre la mayor potencia de x. Regla de L'Hôpital: si f/g da 0/0 o ∞/∞, entonces lim f/g = lim f′/g′, derivando el numerador y el denominador por separado (no con la regla del cociente).
Primera aplicación
4·sin 4x/(4x) → 0/0
Segunda aplicación
16·cos 4x/4
Sustituye x = 0
L = 16/4 = 4
Respuesta
L = 4
3.Derivadas
Respuesta: f′(0.5) = 1,382
Derivación: la derivada f′(x) es la pendiente de la gráfica en x. Regla de la potencia: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regla del producto: (uv)′ = u′v + uv′. Regla de la cadena: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Donde f′(x) = 0 la gráfica tiene tangente horizontal: un máximo, un mínimo o un punto de silla.
Regla del producto y de la cadena
f′(x) = sin(2x) + 2x·cos(2x)
Sustituir
f′(0,5) = 0,8415 + 1·0,5403 = 1,382
Respuesta
f′(0,5) = 1,382
4.Derivadas
Respuesta: x = −3
Derivación: la derivada f′(x) es la pendiente de la gráfica en x. Regla de la potencia: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regla del producto: (uv)′ = u′v + uv′. Regla de la cadena: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Donde f′(x) = 0 la gráfica tiene tangente horizontal: un máximo, un mínimo o un punto de silla.
Derivada
f′(x) = 3x2 + 12x + 9 = 3·(x2 + 4x + 3)
Resolver f′(x) = 0
x = −3 o x = −1
Cuál es cuál
f″(x) = 6x + 12: negativa en un máximo, positiva en un mínimo.
f″(−3) = −6, f″(−1) = 6
x = −3
Respuesta
x = −3
5.Integrales
Respuesta: I = −2
Integración por partes: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, a partir de la regla del producto. Elige como u el factor que se simplifica al derivarlo (una potencia de x, o ln x), y como dv el factor que sabes integrar (eˣ, sin x, cos x, o x cuando u = ln x). En una integral definida, evalúa u·v en ambos límites: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Un factor x² necesita dos vueltas.
Elige u y dv
u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x
Primitiva
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Límites
(π·sin π + cos π) − (0 + 1) = −2
Respuesta
I = −2
6.Integrales
Respuesta: A = 10,67
Integrales definidas: ∫ₐᵇ f(x) dx es el área con signo entre la gráfica y el eje x de a a b. Busca una primitiva F (con F′ = f) y calcula F(b) − F(a). Regla de la potencia: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). El área entre dos curvas es ∫(superior − inferior) dx.
Puntos de corte
x2 = 4x → x = 0, x = 4
Integrar superior menos inferior
A = [2x2 − 0,3333x3]04 = 10,67
Respuesta
A = 10,67
7.Números complejos
Respuesta: Re(w) = 0,5745
Forma polar: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, con r = |z| y θ = arg z. Para volver a la forma rectangular: a = r cos θ, b = r sin θ. El argumento necesita el cuadrante: θ = atan(b/a) solo cuando a > 0; para a < 0 suma o resta 180°. En forma polar multiplicar es fácil: se multiplican los módulos y se suman los argumentos; para dividir se dividen los módulos y se restan los argumentos.
Módulo y argumento de w
|w| = 3 / 4 = 0,75
θ = 70° − 110° = −40°
Forma rectangular
Re(w) = 0,75·cos(−40°) = 0,5745
Im(w) = 0,75·sin(−40°) = −0,4821
Re(w) = 0,5745
Respuesta
Re(w) = 0,5745
8.Números complejos
Respuesta: Im(z⁵) = 16
De Moivre y raíces: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. La ecuación zⁿ = R∠φ tiene exactamente n raíces, todas con módulo R1/n, en los argumentos (φ + 360°·k)/n para k = 0, 1, …, n − 1: están repartidas uniformemente en una circunferencia, separadas 360°/n. Una ecuación cuadrática z² + pz + q = 0 con p² < 4q tiene las raíces complejas z = −p/2 ± j√(q − p²/4); un polinomio con coeficientes reales siempre tiene sus raíces complejas en pares conjugados a ± jb.
Forma polar
z = √3 + j = 2∠30°
De Moivre
z⁵ = (2)⁵∠150° = 32∠150°
Forma rectangular
z⁵ = 32·(cos 150° + j sin 150°) = −27,71 + j16
Im(z⁵) = 16
Respuesta
Im(z⁵) = 16
9.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: y(1) = 1,104
Ecuaciones lineales de segundo orden: para y″ + b·y′ + c·y = 0 prueba y = ert: esto da la ecuación característica r² + b·r + c = 0. Dos raíces reales r₁ ≠ r₂ dan y = A·er₁t + B·er₂t (sobreamortiguado); una raíz doble r da y = (A + Bt)·ert (amortiguamiento crítico); las raíces complejas −α ± jω dan y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (subamortiguado, oscilante). Los valores iniciales y(0) e y′(0) fijan A y B. Escrita como y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn es la frecuencia natural y ζ el factor de amortiguamiento: con ζ < 1 hay oscilación. Con una entrada constante, y″ + by′ + cy = c·K, la solución es el valor estacionario K más la respuesta libre.
Raíz doble
(r + 1)² = 0 → r = −1
Constantes
A = y(0) = 1
y′(0) = B − 1A → B = 1 + 1 = 2
Evalúa
y(1) = (1 + 2·1)·e−1 = 1,104
Respuesta
y(1) = 1,104
10.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: y(0.75) = 7,8
Ecuaciones lineales de segundo orden: para y″ + b·y′ + c·y = 0 prueba y = ert: esto da la ecuación característica r² + b·r + c = 0. Dos raíces reales r₁ ≠ r₂ dan y = A·er₁t + B·er₂t (sobreamortiguado); una raíz doble r da y = (A + Bt)·ert (amortiguamiento crítico); las raíces complejas −α ± jω dan y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (subamortiguado, oscilante). Los valores iniciales y(0) e y′(0) fijan A y B. Escrita como y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn es la frecuencia natural y ζ el factor de amortiguamiento: con ζ < 1 hay oscilación. Con una entrada constante, y″ + by′ + cy = c·K, la solución es el valor estacionario K más la respuesta libre.
Matrices: el determinante de una matriz 2×2 es ad − bc. En 3×3, desarrolla por una fila: cada elemento por el determinante de la matriz 2×2 que queda al quitar su fila y su columna, con signos alternos + − +. Los valores propios λ cumplen det(A − λI) = 0; en 2×2 es λ² − (traza)·λ + det = 0.
Menores 2×2 de la primera fila
M₁₁ = 11, M₁₂ = 8, M₁₃ = −13
Desarrollo por cofactores
det A = (−4)·11 − (−5)·8 + (−5)·(−13) = 61
Respuesta
det A = 61
12.Matrices y determinantes
Respuesta: x = 0,8421
Matrices: el determinante de una matriz 2×2 es ad − bc. En 3×3, desarrolla por una fila: cada elemento por el determinante de la matriz 2×2 que queda al quitar su fila y su columna, con signos alternos + − +. Los valores propios λ cumplen det(A − λI) = 0; en 2×2 es λ² − (traza)·λ + det = 0.
Determinante de la matriz de coeficientes
det A = 3·(−5) − 4·1 = −19
Sustituir la columna de x
det Aₓ = 0·(−5) − 4·4 = −16
x = −16/(−19) = 0,8421
Respuesta
x = 0,8421
y = −0,6316
13.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: compb a = 0,8452
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.
Producto escalar
a·b = 5·5 + (−6)·3 + 2·(−1) = 5
Longitud de b
|b| = √(5² + 3² + (−1)²) = 5,916
Proyección escalar
compb a = a·b/|b| = 5/5,916 = 0,8452
Respuesta
compb a = 0,8452
14.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: V = 52
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.
Variables aleatorias discretas: una distribución de probabilidad enumera cada valor x que puede tomar una variable con su probabilidad p(x); las probabilidades están entre 0 y 1 y suman 1. El valor esperado (media) es E(X) = Σx·p(x), el promedio a largo plazo. La varianza es Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², y la desviación típica es σ = √Var(X). Para un cambio lineal Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) y σY = |a|·σX; sumar una constante no cambia la dispersión.
Probabilidad: con resultados equiprobables, P(A) = favorables/totales. Para sucesos independientes se multiplica: P(A y B) = P(A)·P(B). El complementario suele ayudar: P(al menos uno) = 1 − P(ninguno). Binomial: en n ensayos independientes con probabilidad de éxito p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Cero y un fallo
P(X = 0) = 0,97 = 0,4783
P(X = 1) = 7·0,1·0,96 = 0,372
Súmalas
P = 0,4783 + 0,372 = 0,8503
Respuesta
P = 0,8503
17.Estadística descriptiva
Respuesta: s = 7,155
Estadística descriptiva: la media es la suma dividida entre n; la mediana es el valor central de los datos ordenados (la media de los dos centrales si n es par). La desviación típica muestral es s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Una puntuación z = (x − μ)/σ indica a cuántas desviaciones típicas está un valor de la media.
Estadística descriptiva: la media es la suma dividida entre n; la mediana es el valor central de los datos ordenados (la media de los dos centrales si n es par). La desviación típica muestral es s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Una puntuación z = (x − μ)/σ indica a cuántas desviaciones típicas está un valor de la media.
Tipificar
z = 2
Tabla de la normal estándar
Φ(2) = 0,9772
P = 1 − 0,9772 = 0,02275
Respuesta
P = 0,02275
19.Distribución normal
Respuesta: P = 0,4931
Distribución normal: convierte un valor x en una puntuación z, z = (x − μ)/σ, que indica a cuántas desviaciones típicas está de la media. Una tabla z (o Φ(z)) da el área a la izquierda de z, que es P(X < x). El área a la derecha es 1 − Φ(z), y el área entre dos valores es la diferencia de sus dos áreas.
Puntuaciones z
z₁ = (490 − 500)/40 = −0,25
z₂ = (550 − 500)/40 = 1,25
Área entre ambos valores
P = Φ(1,25) − Φ(−0,25) = 0,8944 − 0,4013 = 0,4931
Respuesta
P = 0,4931
20.Distribución normal
Respuesta: x = 254,2 g
Distribución normal: convierte un valor x en una puntuación z, z = (x − μ)/σ, que indica a cuántas desviaciones típicas está de la media. Una tabla z (o Φ(z)) da el área a la izquierda de z, que es P(X < x). El área a la derecha es 1 − Φ(z), y el área entre dos valores es la diferencia de sus dos áreas.