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→∞ (4x3 + 2x + 9)/(3x3 + 4x + 2).
f(x) = (4x3 + 2x + 9)/(3x3 + 4x + 2)x → ∞
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) = (2x + 1)4. Calcula f′(−1).
f(x) = (2x + 1)4x = −1
f′(−1) =
4.DerivadasDifícil
Sea f(x) = x3 − 9x2 + 15x + 5. Calcula la coordenada x x del mínimo local.
f(x) = x3 − 9x2 + 15x + 5
x =
5.IntegralesMedia
Calcula I = ∫01 2x·(x² + 1)2 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 1]
I =
6.IntegralesDifícil
Calcula el área A de la región encerrada entre y = 2x2 e y = x.
y = 2x2y = x
A =
7.Números complejosMedia
Escribe z = 12∠−155° en forma rectangular a + jb y da la parte imaginaria b.
r = 12θ = −155°
b =
8.Números complejosDifícil
Una raíz de z³ + 5z² + 7z − 13 = 0 es z₁ = −3 + j2. Los coeficientes son reales. Halla la raíz real r.
z₁ = −3 + j2
r =
9.Ecuaciones diferencialesMedia
Resuelve y″ + 8y′ + 16y = 0 con y(0) = 1 e y′(0) = 2. Halla y(1,5).
y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 1y′(0) = 2
y(1.5) =
10.Ecuaciones diferencialesDifícil
Un sistema obedece y″ + 2y′ + 5y = 10 para t ≥ 0, partiendo del reposo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Halla y(1,5); ángulos en radianes.
y″ + 2y′ + 5y = 10y(0) = 0y′(0) = 0
y(1.5) =
11.Matrices y determinantesMedia
Sea C = AB para las matrices mostradas. Calcula el elemento c21 (fila 2, columna 1).
A = [−4 3; −5 6]B = [−5 −1; 6 −5]
c21 =
12.Matrices y determinantesDifícil
Calcula el valor propio mayor λ de la matriz A mostrada.
A = [5 3; −5 −3]
λ =
13.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
Halla la proyección escalar compb a de a = (2, 6, −2) sobre b = (5, −4, −2), es decir, la componente de a en la dirección de b.
a = (2, 6, −2)b = (5, −4, −2)
compb a =
14.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
Una fuerza F = (−40, −30, −50) N actúa en el punto A(−2, 1, −1). Las coordenadas están en metros. Halla el módulo |M| del momento de la fuerza respecto a el origen O(0, 0, 0).
F = (−40, −30, −50) NA(−2, 1, −1) mO(0, 0, 0) m
|M| = N·m
15.ProbabilidadMedia
Para la distribución mostrada, halla la varianza Var(X) de X.
x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,25, 0,1, 0,3, 0,35
Var(X) =
16.ProbabilidadDifícil
Se prueban 6 componentes y cada uno falla con probabilidad 0,5, de forma independiente. ¿Cuál es la probabilidad P de que falle como mucho uno?
n = 6p = 0,5
P =
17.Estadística descriptivaMedia
Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 17, 49, 10, 46, 18.
n = 5
s =
18.Estadística descriptivaDifícil
Las notas de un examen siguen una distribución normal con media 100 y desviación típica 10. Calcula la puntuación z z de una nota de 80.
μ = 100σ = 10x = 80
z =
19.Distribución normalMedia
Arrastra z para que el área sombreada bajo la curva normal estándar, a la derecha de z, sea 0,9881. Halla z con dos decimales.
A = 0,9881
z =
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 = 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).
Divide entre la mayor potencia
(4 + 2/x2 + 9/x3)/(3 + 4/x2 + 2/x3)
Haz x → ∞
L = 4/3 = 1,333
Respuesta
L = 1,333
Con grados iguales el límite es el cociente de los coeficientes principales.
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′(−1) = −8
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·(2x + 1)3·2
Sustituir
f′(−1) = 4·(−1)3·2 = −8
Respuesta
f′(−1) = −8
4.Derivadas
Respuesta: x = 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.
Derivada
f′(x) = 3x2 − 18x + 15 = 3·(x2 − 6x + 5)
Resolver f′(x) = 0
x = 1 o x = 5
Cuál es cuál
f″(x) = 6x − 18: negativa en un máximo, positiva en un mínimo.
f″(1) = −12, f″(5) = 12
x = 5
Respuesta
x = 5
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: A = 0,04167
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
2x2 = x → x = 0, x = 0,5
Integrar superior menos inferior
A = [0,5x2 − 0,6667x3]00,5 = 0,04167
Respuesta
A = 0,04167
7.Números complejos
Respuesta: b = −5,071
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(−155°) = −10,88
b = 12·sin(−155°) = −5,071
Forma rectangular
z = −10,88 − j5,071
b = −5,071
Respuesta
b = −5,071
8.Números complejos
Respuesta: r = 1
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 = −6 + 1 = −5 = −(5).
9.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: y(1.5) = 0,02479
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 + 4)² = 0 → r = −4
Constantes
A = y(0) = 1
y′(0) = B − 4A → B = 2 + 4 = 6
Evalúa
y(1,5) = (1 + 6·1,5)·e−6 = 0,02479
Respuesta
y(1,5) = 0,02479
10.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: y(1.5) = 2,41
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.
Valor estacionario y raíces
yss = 2, r = −1 ± 2j
Constantes a partir de los valores iniciales
y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −1A + 2B = 0 → B = −1
Evalúa
y(1,5) = 2·(1 − e−1,5(cos 3 + 0,5·sin 3)) = 2,41
Respuesta
y(1,5) = 2,41
11.Matrices y determinantes
Respuesta: c21 = 61
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 = (−5)·(−5) + 6·6 = 61
Respuesta
c21 = 61
12.Matrices y determinantes
Respuesta: λ = 2
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 + (0) = 0
Resuelve
λ = (2 ± √(4))/2 → λ = 0, 2
λ = 2
Respuesta
λ = 2
13.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: compb a = −1,491
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 = 2·5 + 6·(−4) + (−2)·(−2) = −10
Longitud de b
|b| = √(5² + (−4)² + (−2)²) = 6,708
Proyección escalar
compb a = a·b/|b| = −10/6,708 = −1,491
Respuesta
compb a = −1,491
Negativa: a tiene una componente que apunta contra b.
14.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: |M| = 141,4 N·m
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.
Vector de posición de O a A
r = A − O = (−2, 1, −1) − (0, 0, 0) = (−2, 1, −1) m
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 = 0·0,25 + 2·0,1 + 4·0,3 + 6·0,35 = 3,5
Media de los cuadrados
E(X²) = 0·0,25 + 4·0,1 + 16·0,3 + 36·0,35 = 17,8
Varianza
Var(X) = 17,8 − 3,5² = 5,55
Respuesta
Var(X) = 5,55
16.Probabilidad
Respuesta: P = 0,1094
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) = 0,56 = 0,01563
P(X = 1) = 6·0,5·0,55 = 0,09375
Súmalas
P = 0,01563 + 0,09375 = 0,1094
Respuesta
P = 0,1094
17.Estadística descriptiva
Respuesta: s = 18,1
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 = (80 − 100)/10 = −2
Respuesta
z = −2
19.Distribución normal
Respuesta: z = −2,26
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 − 0,9881 = 0,0119
Lee la tabla de z al revés
Busca 0,0119 dentro de la tabla y lee z.
z = −2,26
Respuesta
z = −2,26
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.