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)3x. Da un valor decimal.
f(x) = (1 − 2/x)3xx → ∞
L =
2.LímitesDifícil
Halla el límite L = limx→0 ln(1 + 4x)/sin(3x), con x en radianes.
f(x) = ln(1 + 4x)/sin(3x)x → 0
L =
3.DerivadasMedia
Sea f(x) = ln(x2 + 4). Calcula f′(1).
f(x) = ln(x2 + 4)x = 1
f′(1) =
4.DerivadasDifícil
La recta tangente a f(x) = −x2 − x + 5 en x = 3 corta el eje y en y = b. Calcula b.
f(x) = −x2 − x + 5x = 3
b =
5.IntegralesMedia
Calcula I = ∫01 2x·(x² + 1)2 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 1]
I =
6.IntegralesDifícil
Calcula I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.
∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
7.Números complejosMedia
Halla el argumento θ de z = −2 + j4 en grados, como valor principal entre −180° y 180°.
z = −2 + j4
θ = °
8.Números complejosDifícil
Las raíces de zⁿ = w con n = 3 y w = 64∠90° son zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Halla la parte imaginaria de z₂.
w = 64∠90°n = 3k = 2
Im(z₂) =
9.Ecuaciones diferencialesMedia
Resuelve y″ + 7y′ + 10y = 0 con y(0) = 1 e y′(0) = -2. Halla y(2).
y″ + 7y′ + 10y = 0y(0) = 1y′(0) = -2
y(2) =
10.Ecuaciones diferencialesDifícil
Un depósito contiene 100 L de agua en la que hay disueltos 10 kg de sal. Entra salmuera con 0,2 kg de sal por litro a 2 L/min, y la disolución bien mezclada sale al mismo caudal. ¿Cuánta sal m hay en el depósito al cabo de 55 min?
V = 100 Lm0 = 10 kgc = 0,2 kg/Lr = 2 L/min
m = kg
11.Matrices y determinantesMedia
Sea C = AB para las matrices mostradas. Calcula el elemento c21 (fila 2, columna 1).
A = [4 −2; −4 3]B = [−5 −5; 0 −4]
c21 =
12.Matrices y determinantesDifícil
Calcula el valor propio mayor λ de la matriz A mostrada.
A = [4 −4; −4 −2]
λ =
13.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
Halla el producto escalar a·b de a = (0, −1, −2) y b = (0, −6, 7).
a = (0, −1, −2)b = (0, −6, 7)
a·b =
14.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
Halla el área A del triángulo de vértices A(2, 2, −2), B(−3, 0, 3) y C(1, −3, 2). Las coordenadas están en metros.
A(2, 2, −2)B(−3, 0, 3)C(1, −3, 2)
A = m²
15.ProbabilidadMedia
Para la distribución mostrada, halla la varianza Var(X) de X.
x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,35, 0,35, 0,2, 0,1
Var(X) =
16.ProbabilidadDifícil
Un examen tiene 7 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,6, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 5?
n = 7p = 0,6k = 5
P =
17.Estadística descriptivaMedia
Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 33, 54, 58, 51, 26, 54.
n = 6
s =
18.Estadística descriptivaDifícil
Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 50 y desviación típica 20. Calcula la puntuación z z de una nota de 75.
μ = 50σ = 20x = 75
z =
19.Distribución normalMedia
X es normal con media 250 g y desviación típica 4 g; Y es independiente y normal con media 500 g y desviación típica 9 g. Halla la probabilidad P de que X + Y sea mayor que 745,1 g. Redondea z a dos decimales.
μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 745,1 g
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 10 % de los datos (el percentil 10).
μ = 250σ = 5P = 10%
x = g
3Disoluciones
1.Límites
Respuesta: L = 0,002479
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→∞ 3·x·ln(1 − 2/x)
Evalúa
ln(1 + u)/u → 1 cuando u → 0, así que x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 3·(−2) = −6
Deshaz el logaritmo
L = e−6 = 0,002479
Respuesta
L = 0,002479
2.Límites
Respuesta: L = 1,333
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).
Regla de L'Hôpital
L = limx→0 [4/(1 + 4x)]/[3·cos 3x]
Sustituye x = 0
L = 4/3 = 1,333
Respuesta
L = 1,333
3.Derivadas
Respuesta: f′(1) = 0,4
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 de la cadena para el logaritmo
f′(x) = 2x/(x2 + 4)
Sustituir
f′(1) = 2/5 = 0,4
Respuesta
f′(1) = 0,4
4.Derivadas
Respuesta: b = 14
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.
Punto y pendiente
f(3) = −7
f′(x) = −2x − 1 → f′(3) = −7
Recta tangente en x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −7 − (−7)·3 = 14
Respuesta
b = 14
5.Integrales
Respuesta: I = 2,333
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.
Sustitución
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u2 du
Integrar y evaluar
I = [u3/3]12 = (8 − 1)/3 = 2,333
Respuesta
I = 2,333
6.Integrales
Respuesta: I = 3,602
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.
Primera vuelta
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Segunda vuelta
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Límites
4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602
Respuesta
I = 3,602
7.Números complejos
Respuesta: θ = 116,6 °
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.
Cuadrante
a = −2, b = 4 → II
Ángulo de referencia
α = atan(4/2) = 63,43°
Argumento
θ = 180° − α = 116,6°
Respuesta
θ = 116,6°
En forma polar z = 4,472∠116,6°.
8.Números complejos
Respuesta: Im(z₂) = −4
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.
Módulo de las raíces
641/3 = 4
Argumento de la raíz
θ₂ = (90° + 360°·2)/3 = 270° → −90°
Forma rectangular
z₂ = 4·(cos −90° + j sin −90°) = −j4
Im(z₂) = −4
Respuesta
Im(z₂) = −4
Las 3 raíces están en la circunferencia de radio 4, separadas 120°.
9.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: y(2) = 0,01832
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.
Raíces características
(r + 2)(r + 5) = 0 → r = −2, −5
Constantes a partir de los valores iniciales
A + B = 1, −2A − 5B = -2
A = 1, B = 0
Evalúa
y(2) = 1·e−4 + 0·e−10 = 0,01832
Respuesta
y(2) = 0,01832
10.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: m = 16,67 kg
Ecuaciones diferenciales de primer orden: dy/dt = k·y tiene la solución y = y₀·ekt (crecimiento para k > 0, decrecimiento para k < 0); un periodo de semidesintegración T da k = ln 2/T. La ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), da T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Una ecuación lineal y′ + p(x)·y = q(x) se resuelve con el factor integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, así que μy = ∫μq dx + C.
Plantea la ecuación
dm/dt = 2·0,2 − (2/100)·m = 0,4 − 0,02·m
Resuelve
El factor integrante es ert/V; la solución tiende al equilibrio c·V.
m(t) = 20 + (−10)·e−t/50
Sustituye t
m(55) = 20 + (−10)·0,3329 = 16,67 kg
Respuesta
m = 16,67 kg
11.Matrices y determinantes
Respuesta: c21 = 20
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.
Fila por columna
c21 = (−4)·(−5) + 3·0 = 20
Respuesta
c21 = 20
12.Matrices y determinantes
Respuesta: λ = 6
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.
Ecuación característica
λ² − (2)λ + (−24) = 0
Resuelve
λ = (2 ± √(100))/2 → λ = −4, 6
λ = 6
Respuesta
λ = 6
13.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: a·b = −8
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.
Multiplica las componentes correspondientes y suma
Negativo: el ángulo entre los vectores es mayor de 90°.
14.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: A = 16,15 m²
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.
Media
μ = 1·0,35 + 2·0,35 + 3·0,2 + 4·0,1 = 2,05
Media de los cuadrados
E(X²) = 1·0,35 + 4·0,35 + 9·0,2 + 16·0,1 = 5,15
Varianza
Var(X) = 5,15 − 2,05² = 0,9475
Respuesta
Var(X) = 0,9475
16.Probabilidad
Respuesta: P = 0,2613
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.
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 = (75 − 50)/20 = 1,25
Respuesta
z = 1,25
19.Distribución normal
Respuesta: P = 0,6915
Sumas y diferencias de variables normales: si X e Y son independientes y normales, X + Y y X − Y también son normales. Las medias se suman o se restan: E(X ± Y) = μX ± μY. Las varianzas siempre se suman, también en una diferencia: Var(X ± Y) = σX² + σY², así que σ = √(σX² + σY²). Las desviaciones típicas nunca se suman directamente. El total de n elementos independientes con la misma distribución tiene media n·μ y desviación típica σ·√n. Después estandariza como de costumbre: z = (x − media)/σ y lee Φ(z).
Distribución de la suma
μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9,849 g
Tipificar
z = (745,1 − 750)/9,849 = −0,5
Cola superior
P = 1 − Φ(−0,5) = 1 − 0,3085 = 0,6915
Respuesta
P = 0,6915
20.Distribución normal
Respuesta: x = 243,6 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.