Calcula el determinante det A de la matriz 3×3 A mostrada.
A = [2 −5 0; 1 3 −5; 4 −2 1]
det A =
12.Matrices y determinantesDifícil
Calcula el valor propio mayor λ de la matriz A mostrada.
A = [−3 −3; 2 4]
λ =
13.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
Una fuerza constante F = (−25, −10, −10) N actúa sobre un objeto mientras este se mueve en línea recta del punto A(−3, 5, 5) al punto B(5, 3, 3). Las coordenadas están en metros. Halla el trabajo W realizado por la fuerza.
F = (−25, −10, −10) NA(−3, 5, 5) mB(5, 3, 3) m
W = J
14.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
El vector unitario n̂ es perpendicular a a = (2, −5, 4) y a b = (−2, 3, −2) y tiene componente z positiva. Halla su componente y n̂y.
a = (2, −5, 4)b = (−2, 3, −2)n̂z > 0
n̂y =
15.ProbabilidadMedia
Para la distribución mostrada, halla la desviación típica σ de X.
x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3
σ =
16.ProbabilidadDifícil
Jugar una partida cuesta 10 €. Ganas 40 € con probabilidad 0,3 y 500 € con probabilidad 0,02; en otro caso no ganas nada. La apuesta no se devuelve. Halla la ganancia neta esperada E(G) por partida.
apuesta = €10€40: p = 0,3€500: p = 0,02
E(G) = €
17.Estadística descriptivaMedia
Calcula la desviación típica muestral s de los datos: 16, 55, 40, 60, 40, 40.
n = 6
s =
18.Estadística descriptivaDifícil
Una magnitud sigue una distribución normal con media 100 y desviación típica 10. ¿Qué proporción P de valores está por encima de 104?
μ = 100σ = 10x = 104
P =
19.Distribución normalMedia
Supón que los tiempos de entrega siguen una distribución normal con media 32 min y desviación típica 6 min. ¿Qué fracción está entre 27,2 y 41 min? Da P como número decimal.
μ = 32σ = 6x1 = 27,2x2 = 41
P =
20.Distribución normalDifícil
Supón que las puntuaciones de CI siguen una distribución normal con media 100 puntos y desviación típica 15 puntos. Halla el valor x por debajo del cual queda el 80 % de los datos (el percentil 80).
μ = 100σ = 15P = 80%
x = puntos
3Disoluciones
1.Límites
Respuesta: L = −1,25
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
(−5 + 4/x + 5/x2)/(4 + 3/x + 7/x2)
Haz x → ∞
L = −5/4 = −1,25
Respuesta
L = −1,25
Con grados iguales el límite es el cociente de los coeficientes principales.
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′(3) = 0,5217
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) = 4x/(2x2 + 5)
Sustituir
f′(3) = 12/23 = 0,5217
Respuesta
f′(3) = 0,5217
4.Derivadas
Respuesta: b = 1
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(1) = 4
f′(x) = 6x − 3 → f′(1) = 3
Recta tangente en x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 4 − 3·1 = 1
Respuesta
b = 1
5.Integrales
Respuesta: I = 0,5708
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/2·sin π/2 + cos π/2) − (0 + 1) = 0,5708
Respuesta
I = 0,5708
6.Integrales
Respuesta: A = 42,67
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
0,5x2 = 4x → x = 0, x = 8
Integrar superior menos inferior
A = [2x2 − 0,1667x3]08 = 42,67
Respuesta
A = 42,67
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.
Módulo y argumento de w
|w| = 2,5 · 0,5 = 1,25
θ = 70° + 65° = 135°
Argumento
θ = 135°
Respuesta
θ = 135°
8.Números complejos
Respuesta: |z| = 4,243
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.
Discriminante
p² − 4q = 36 − 72 = −36 < 0
Fórmula cuadrática
z = (6 ± j√36)/2 = 3 + j3, 3 − j3
Respuesta
|z| = √(3² + 3²) = √18 = 4,243
Respuesta
|z| = 4,243
9.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: y(1) = 0,6579
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 + 5) = 0 → r = −3, −5
Constantes a partir de los valores iniciales
A + B = 5, −3A − 5B = 4
A = 14,5, B = −9,5
Evalúa
y(1) = 14,5·e−3 + (−9,5)·e−5 = 0,6579
Respuesta
y(1) = 0,6579
10.Ecuaciones diferenciales
Respuesta: y(1) = 0,5133
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 = e2t
(e2ty)′ = 6e−t
Solución general
y = 6/(−1)·e−3t + C·e−2t = −6·e−3t + C·e−2t
Condición inicial
0 = −6 + C → C = 6
Evalúa
y(1) = −6·0,04979 + 6·0,1353 = 0,5133
Respuesta
y(1) = 0,5133
11.Matrices y determinantes
Respuesta: det A = 91
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 = −7, M₁₂ = 21, M₁₃ = −14
Desarrollo por cofactores
det A = 2·(−7) − (−5)·21 + 0·(−14) = 91
Respuesta
det A = 91
12.Matrices y determinantes
Respuesta: λ = 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.
Ecuación característica
λ² − (1)λ + (−6) = 0
Resuelve
λ = (1 ± √(25))/2 → λ = −2, 3
λ = 3
Respuesta
λ = 3
13.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: W = −160 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 = (5, 3, 3) − (−3, 5, 5) = (8, −2, −2) m
Trabajo negativo: la fuerza actúa sobre todo en contra del movimiento.
14.Vectores: producto escalar y vectorial
Respuesta: n̂y = 0,6667
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
(a × b)x = aybz − azby = (−5)·(−2) − 4·3 = −2
(a × b)y = azbx − axbz = 4·(−2) − 2·(−2) = −4
(a × b)z = axby − aybx = 2·3 − (−5)·(−2) = −4
Normalizar
La componente z de a × b es negativa, así que usa −(a × b).
|a × b| = √((−2)² + (−4)² + (−4)²) = 6
n̂ = −(−2, −4, −4)/6 = (0,3333, 0,6667, 0,6667)
n̂y = 0,6667
Respuesta
n̂y = 0,6667
15.Probabilidad
Respuesta: σ = 0,8047
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 = 0·0,35 + 1·0,35 + 2·0,3 = 0,95
Media de los cuadrados
E(X²) = 0·0,35 + 1·0,35 + 4·0,3 = 1,55
Varianza
Var(X) = 1,55 − 0,95² = 0,6475
σ = √0,6475 = 0,8047
Respuesta
σ = 0,8047
16.Probabilidad
Respuesta: E(G) = 12 €
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.
Resultados netos
G: 30 (p = 0,3), 490 (p = 0,02), −10 (p = 0,68)
Valor esperado
E(G) = 30·0,3 + 490·0,02 − 10·0,68 = 12 €
Respuesta
E(G) = 12 €
Un valor positivo significa que ganas dinero de media.
17.Estadística descriptiva
Respuesta: s = 15,37
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 = 0,4
Tabla de la normal estándar
Φ(0,4) = 0,6554
P = 1 − 0,6554 = 0,3446
Respuesta
P = 0,3446
19.Distribución normal
Respuesta: P = 0,7213
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 = (27,2 − 32)/6 = −0,8
z₂ = (41 − 32)/6 = 1,5
Área entre ambos valores
P = Φ(1,5) − Φ(−0,8) = 0,9332 − 0,2119 = 0,7213
Respuesta
P = 0,7213
20.Distribución normal
Respuesta: x = 112,6 puntos
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.