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→∞ (√(4x2 − 4x) − 2x).
f(x) = √(4x2 − 4x) − 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) = (4x + 1)3. Calcula f′(0).
f(x) = (4x + 1)3x = 0
f′(0) =
4.DerivadasDifícil
La recta tangente a f(x) = 0,5x2 − 3x + 4 en x = 3 corta el eje y en y = b. Calcula b.
f(x) = 0,5x2 − 3x + 4x = 3
b =
5.IntegralesMedia
Calcula I = ∫03 e2x dx.
f(x) = e2x[0, 3]
I =
6.IntegralesDifícil
Calcula I = ∫₀3 x²·eˣ dx.
∫₀3 x²eˣ dx
I =
7.Números complejosMedia
Escribe z = 12∠−20° en forma rectangular a + jb y da la parte imaginaria b.
r = 12θ = −20°
b =
8.Números complejosDifícil
Una raíz de z³ − 4z² + 6z − 4 = 0 es z₁ = 1 + j. Los coeficientes son reales. Halla la raíz real r.
z₁ = 1 + j
r =
9.Ecuaciones diferencialesMedia
Una pieza de acero forjado a 300 °C se deja enfriar en un taller a 25 °C. Al cabo de 53 min su temperatura es 120 °C. Sigue la ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Halla la constante k en min⁻¹.
T0 = 300 °CTa = 25 °CT(53) = 120 °C
k = min⁻¹
10.Ecuaciones diferencialesDifícil
Resuelve y′ + y = 7e−2t con y(0) = 0. Halla y(2).
y′ + y = 7e−2ty(0) = 0
y(2) =
11.Matrices y determinantesMedia
Calcula el determinante det A de la matriz 3×3 A mostrada.
A = [4 3 −5; 2 3 −5; 5 4 3]
det A =
12.Matrices y determinantesDifícil
Calcula el valor propio mayor λ de la matriz A mostrada.
A = [0 −4; 6 10]
λ =
13.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
Halla el producto escalar a·b de a = (7, −5, −4) y b = (−1, −6, 4).
a = (7, −5, −4)b = (−1, −6, 4)
a·b =
14.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
Halla el área A del triángulo de vértices A(1, 0, 2), B(4, 0, −3) y C(0, −3, 4). Las coordenadas están en metros.
A(1, 0, 2)B(4, 0, −3)C(0, −3, 4)
A = m²
15.ProbabilidadMedia
Para la distribución mostrada, halla la desviación típica σ de X.
x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,35, 0,15, 0,35, 0,15
σ =
16.ProbabilidadDifícil
Un examen tiene 12 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 5?
n = 12p = 0,1k = 5
P =
17.Estadística descriptivaMedia
Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 37, 35, 36, 36, 35.
n = 5
s =
18.Estadística descriptivaDifícil
Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 70 y desviación típica 5. Calcula la puntuación z z de una nota de 62,5.
μ = 70σ = 5x = 62,5
z =
19.Distribución normalMedia
Arrastra z para que el área sombreada entre −z y z bajo la curva normal estándar sea 0,6047. Halla z con dos decimales.
A = 0,6047
z =
20.Distribución normalDifícil
Supón que las duraciones de las baterías siguen una distribución normal con media 500 h y desviación típica 40 h. Halla el valor x por debajo del cual queda el 5 % de los datos (el percentil 5).
μ = 500σ = 40P = 5%
x = h
3Disoluciones
1.Límites
Respuesta: L = −1
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).
Multiplica por el conjugado
f(x) = −4x/(√(4x2 − 4x) + 2x)
Divide entre x
f(x) = −4/(√(4 + (−4)/x) + 2)
Haz x → ∞
L = −4/(2 + 2) = −1
Respuesta
L = −1
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) = 12
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) = 3·(4x + 1)2·4
Sustituir
f′(0) = 3·12·4 = 12
Respuesta
f′(0) = 12
4.Derivadas
Respuesta: b = −0,5
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) = −0,5
f′(x) = x − 3 → f′(3) = 0
Recta tangente en x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −0,5 − 0·3 = −0,5
Respuesta
b = −0,5
5.Integrales
Respuesta: I = 201,2
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.
Primitiva
F(x) = e2x/2
Evaluar en los límites
I = (e6 − 1)/2 = (403,4 − 1)/2 = 201,2
Respuesta
I = 201,2
6.Integrales
Respuesta: I = 98,43
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
20,09·(5) − 1·2 = 98,43
Respuesta
I = 98,43
7.Números complejos
Respuesta: b = −4,104
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.
Componentes
a = 12·cos(−20°) = 11,28
b = 12·sin(−20°) = −4,104
Forma rectangular
z = 11,28 − j4,104
b = −4,104
Respuesta
b = −4,104
8.Números complejos
Respuesta: r = 2
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.
Comprueba con la suma de las raíces: z₁ + z₂ + r = 2 + 2 = 4 = −(−4).
9.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: k = 0,02005 min⁻¹
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.
Cociente de diferencias de temperatura
e−53k = 95/275
Despeja k
k = ln(275/95)/53 = 0,02005 min⁻¹
Respuesta
k = 0,02005 min⁻¹
10.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: y(2) = 0,8191
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.
Factor integrante
μ = et
(ety)′ = 7e−t
Solución general
y = 7/(−1)·e−2t + C·e−t = −7·e−2t + C·e−t
Condición inicial
0 = −7 + C → C = 7
Evalúa
y(2) = −7·0,01832 + 7·0,1353 = 0,8191
Respuesta
y(2) = 0,8191
11.Matrices y determinantes
Respuesta: det A = 58
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 = 29, M₁₂ = 31, M₁₃ = −7
Desarrollo por cofactores
det A = 4·29 − 3·31 + (−5)·(−7) = 58
Respuesta
det A = 58
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 − (10)λ + (24) = 0
Resuelve
λ = (10 ± √(4))/2 → λ = 4, 6
λ = 6
Respuesta
λ = 6
13.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: a·b = 7
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
Positivo: el ángulo entre los vectores es menor de 90°.
14.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: A = 8,761 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 + 2·0,15 + 3·0,35 + 4·0,15 = 2,3
Media de los cuadrados
E(X²) = 1·0,35 + 4·0,15 + 9·0,35 + 16·0,15 = 6,5
Varianza
Var(X) = 6,5 − 2,3² = 1,21
σ = √1,21 = 1,1
Respuesta
σ = 1,1
16.Probabilidad
Respuesta: P = 0,003788
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 = (62,5 − 70)/5 = −1,5
Respuesta
z = −1,5
19.Distribución normal
Respuesta: z = 0,85
De un área de vuelta a z: Φ(z) es el área a la izquierda de z. Para un área A en la cola izquierda, busca en la tabla la z con Φ(z) = A. Un área A en la cola derecha significa Φ(z) = 1 − A. Un área central A entre −z y z deja (1 − A)/2 en cada cola, así que Φ(z) = (1 + A)/2. Para un valor x, usa x = μ + zσ.
Área a la izquierda de z
Φ(z) = (1 + 0,6047)/2 = 0,8023
Lee la tabla de z al revés
Busca 0,8023 dentro de la tabla y lee z.
z = 0,85
Respuesta
z = 0,85
20.Distribución normal
Respuesta: x = 434,2 h
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.