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 + 1/x)2x. Da un valor decimal.
f(x) = (1 + 1/x)2xx → ∞
L =
2.LímitesDifícil
Halla el límite L = limx→0 (1 − cos 4x)/(3x²), con x en radianes.
f(x) = (1 − cos 4x)/(3x²)x → 0
L =
3.DerivadasMedia
Sea f(x) = (4x − 3)4. Calcula f′(−1).
f(x) = (4x − 3)4x = −1
f′(−1) =
4.DerivadasDifícil
La recta tangente a f(x) = x2 + 2x en x = 3 corta el eje y en y = b. Calcula b.
f(x) = x2 + 2xx = 3
b =
5.IntegralesMedia
Calcula I = ∫₁2 x·ln x dx.
∫₁2 x ln x dx
I =
6.IntegralesDifícil
Calcula el área A de la región encerrada entre y = x2 e y = 3x.
y = x2y = 3x
A =
7.Números complejosMedia
Halla el argumento θ de z = −2 + j2 en grados, como valor principal entre −180° y 180°.
z = −2 + j2
θ = °
8.Números complejosDifícil
Las raíces de zⁿ = w con n = 3 y w = 64∠120° son zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Halla la parte imaginaria de z₁.
w = 64∠120°n = 3k = 1
Im(z₁) =
9.Ecuaciones diferencialesMedia
Resuelve y″ + 7y′ + 12y = 0 con y(0) = 1 e y′(0) = 6. Halla y(1,5).
y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 1y′(0) = 6
y(1.5) =
10.Ecuaciones diferencialesDifícil
Un depósito contiene 1000 L de agua pura. Entra salmuera con 0,2 kg de sal por litro a 2 L/min, y la disolución bien mezclada sale al mismo caudal. ¿Al cabo de cuántos minutos t contiene el depósito 80 kg de sal?
V = 1000 Lm0 = 0 kgc = 0,2 kg/Lr = 2 L/min
t = min
11.Matrices y determinantesMedia
Sea C = AB para las matrices mostradas. Calcula el elemento c12 (fila 1, columna 2).
A = [6 3; −2 −6]B = [0 2; −2 2]
c12 =
12.Matrices y determinantesDifícil
Resuelve el sistema −2x + 3y = −2 y −5x + 3y = 7. Calcula x.
−2x + 3y = −2−5x + 3y = 7
x =
13.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
Una fuerza constante F = (−5, 30, 10) N actúa sobre un objeto mientras este se mueve en línea recta del punto A(3, 4, −3) al punto B(1, 5, −5). Las coordenadas están en metros. Halla el trabajo W realizado por la fuerza.
F = (−5, 30, 10) NA(3, 4, −3) mB(1, 5, −5) m
W = J
14.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
Para a = (−6, −2, −1) y b = (4, 1, 4), halla la componente y (a × b)y del producto vectorial a × b.
a = (−6, −2, −1)b = (4, 1, 4)
(a × b)y =
15.ProbabilidadMedia
¿De cuántas formas N se puede elegir un comité de 4 personas entre un grupo de 11? El orden no importa.
n = 11k = 4
N =
16.ProbabilidadDifícil
Un examen tiene 6 preguntas de opción múltiple. Una estudiante que contesta al azar acierta cada una con probabilidad 0,1, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de acertar exactamente 2?
n = 6p = 0,1k = 2
P =
17.Estadística descriptivaMedia
Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 44, 42, 59, 12, 28, 30.
n = 6
s =
18.Estadística descriptivaDifícil
Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 500 y desviación típica 100. Calcula la puntuación z z de una nota de 450.
μ = 500σ = 100x = 450
z =
19.Distribución normalMedia
Las masas de sacos de cemento son independientes y normales con media 25 kg y desviación típica 0,5 kg. Halla la probabilidad P de que la masa total de 12 de ellos sea inferior a 299,1 kg. Redondea z a dos decimales.
μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 12< 299.1 kg
P =
20.Distribución normalDifícil
El tiempo por vuelta X del corredor A y el tiempo por vuelta Y del corredor B son independientes y normales: X tiene media 52 s y desviación típica 4 s, Y tiene media 48 s y desviación típica 3 s. Halla la probabilidad P de que X sea mayor que Y. Redondea z a dos decimales.
μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
3Disoluciones
1.Límites
Respuesta: L = 7,389
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 + 1/x)
Evalúa
ln(1 + u)/u → 1 cuando u → 0, así que x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·1 = 2
Deshaz el logaritmo
L = e2 = 7,389
Respuesta
L = 7,389
2.Límites
Respuesta: L = 2,667
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/(6x) → 0/0
Segunda aplicación
16·cos 4x/6
Sustituye x = 0
L = 16/6 = 2,667
Respuesta
L = 2,667
3.Derivadas
Respuesta: f′(−1) = −5488
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
f′(x) = 4·(4x − 3)3·4
Sustituir
f′(−1) = 4·(−7)3·4 = −5488
Respuesta
f′(−1) = −5488
4.Derivadas
Respuesta: b = −9
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) = 15
f′(x) = 2x + 2 → f′(3) = 8
Recta tangente en x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 15 − 8·3 = −9
Respuesta
b = −9
5.Integrales
Respuesta: I = 0,6363
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 = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Primitiva
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Límites
(2·ln 2 − 1) − (0 − 0,25) = 0,6363
Respuesta
I = 0,6363
6.Integrales
Respuesta: A = 4,5
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 = 3x → x = 0, x = 3
Integrar superior menos inferior
A = [1,5x2 − 0,3333x3]03 = 4,5
Respuesta
A = 4,5
7.Números complejos
Respuesta: θ = 135 °
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 = 2 → II
Ángulo de referencia
α = atan(2/2) = 45°
Argumento
θ = 180° − α = 135°
Respuesta
θ = 135°
En forma polar z = 2,828∠135°.
8.Números complejos
Respuesta: Im(z₁) = 1,368
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
θ₁ = (120° + 360°·1)/3 = 160°
Forma rectangular
z₁ = 4·(cos 160° + j sin 160°) = −3,759 + j1,368
Im(z₁) = 1,368
Respuesta
Im(z₁) = 1,368
Las 3 raíces están en la circunferencia de radio 4, separadas 120°.
9.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: y(1.5) = 0,08878
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 + 3)(r + 4) = 0 → r = −3, −4
Constantes a partir de los valores iniciales
A + B = 1, −3A − 4B = 6
A = 10, B = −9
Evalúa
y(1,5) = 10·e−4,5 + (−9)·e−6 = 0,08878
Respuesta
y(1,5) = 0,08878
10.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: t = 255,4 min
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.
Resultado
m(t) = 200 + (−200)·e−t/500
Despeja t
e−t/500 = (200 − 80)/(200 − 0) = 0,6
t = 500·ln(1,667) = 255,4 min
Respuesta
t = 255,4 min
11.Matrices y determinantes
Respuesta: c12 = 18
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
c12 = 6·2 + 3·2 = 18
Respuesta
c12 = 18
12.Matrices y determinantes
Respuesta: x = −3
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 = (−2)·3 − 3·(−5) = 9
Sustituir la columna de x
det Aₓ = (−2)·3 − 3·7 = −27
x = −27/9 = −3
Respuesta
x = −3
y = −2,667
13.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: W = 20 J
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.
Desplazamiento
d = B − A = (1, 5, −5) − (3, 4, −3) = (−2, 1, −2) m
Trabajo
W = F·d = (−5)·(−2) + 30·1 + 10·(−2) = 20 J
Respuesta
W = 20 J
14.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: (a × b)y = 20
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.
Producto vectorial, componente a componente
(a × b)x = aybz − azby = (−2)·4 − (−1)·1 = −7
(a × b)y = azbx − axbz = (−1)·4 − (−6)·4 = 20
(a × b)z = axby − aybx = (−6)·1 − (−2)·4 = 2
Componente pedida
(a × b)y = 20
Respuesta
(a × b)y = 20
Comprueba: a × b es perpendicular a ambos vectores, así que su producto escalar con a y con b es cero.
15.Probabilidad
Respuesta: N = 330
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.
Combinaciones
C(11, 4) = (11·10·9·8)/(4·3·2·1) = 330
Respuesta
N = 330
16.Probabilidad
Respuesta: P = 0,09842
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 = (450 − 500)/100 = −0,5
Respuesta
z = −0,5
19.Distribución normal
Respuesta: P = 0,3015
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 del total
μT = 300 kg, σT = 0,5·√12 = 1,732 kg
Tipificar
z = (299,1 − 300)/1,732 = −0,52
Probabilidad
P = Φ(−0,52) = 0,3015
Respuesta
P = 0,3015
20.Distribución normal
Respuesta: P = 0,7881
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).