Decidi quale forma si adatta all’operazione: cartesiana a + jb per sommare e sottrarre, polare r∠θ per moltiplicare, dividere, potenze e radici.
Sviluppa con j² = −1; dividi moltiplicando numeratore e denominatore per il coniugato del denominatore.
Converti con r = √(a² + b²) e θ da un disegno del punto (controlla il quadrante), e viceversa con a = r cos θ, b = r sin θ.
Per le potenze usa De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; per zⁿ = R∠φ elenca tutte le n radici R1/n∠((φ + 360°k)/n).
Equazioni differenziali
Crescita/decadimento esponenziale
dy/dt = ky → y = y0ekt
Tempo di dimezzamento
k = ln 2 / t½
Legge di raffreddamento di Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Fattore integrante
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Serbatoio di miscelazione
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Matrici e determinanti
determinante 2×2
det = ad − bc
Inversa di una 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Prodotto
(AB)ij = Σk AikBkj
Autovalori
det(A − λI) = 0
Regola di Cramer
xi = det(Ai)/det(A)
Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Modulo
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Versore
û = a/|a|
Componenti a partire da un angolo
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Prodotto scalare
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Proiezione scalare di a su b
a·b/|b|
Lavoro
W = F·d
Prodotto vettoriale
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Aree
parallelogramma |a × b|, triangolo ½|a × b|
Momento rispetto a O
MO = r × F, r = A − O
Volume di un parallelepipedo
V = |a·(b × c)|
Metodo
Scrivi ogni vettore in componenti; per una forza data da un modulo e un angolo, usa F·cos θ e F·sin θ.
Per lunghezze e direzioni usa il modulo √(x² + y² + z²) e il versore a/|a|.
Usa il prodotto scalare per angoli, proiezioni, perpendicolarità e lavoro: a·b = |a||b|cos θ.
Usa il prodotto vettoriale per vettori perpendicolari, aree e momenti: scrivi con cura le tre componenti, mantenendo l’ordine a × b.
Probabilità
Complementare
P(not A) = 1 − P(A)
Regola della somma
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Eventi indipendenti
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilità condizionata
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomiale
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k
Statistica descrittiva
Media
x̄ = Σx/n
Deviazione standard campionaria
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
valore centrale dei dati ordinati
Punteggio z
z = (x − μ)/σ
Distribuzione normale
68% entro ±1σ, 95% entro ±2σ
Distribuzione normale
Punteggio z
z = (x − μ)/σ
Sotto x
P(X < x) = Φ(z)
Sopra x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Tra due valori
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentile
x = μ + z·σ
Metodo
Converti il valore in un punteggio z: z = (x − μ)/σ.
Cerca Φ(z), l’area a sinistra di z.
Per l’area a destra usa 1 − Φ(z); per un intervallo sottrai le due aree a sinistra.
Per un percentile procedi a ritroso: trova z per l’area, poi x = μ + z·σ.
2Esercizi
1.LimitiMedia
Calcola il limite L = limx→∞ (1 + 1/x)x. Dai un valore decimale.
f(x) = (1 + 1/x)xx → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 ln(1 + x)/sin(3x), con x in radianti.
f(x) = ln(1 + x)/sin(3x)x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = ln(x2 + 5). Trova f′(−1).
f(x) = ln(x2 + 5)x = −1
f′(−1) =
4.DerivateDifficile
Sia f(x) = x3 + 4,5x2 + 6x − 4. Trova l'ascissa x del massimo locale.
f(x) = x3 + 4,5x2 + 6x − 4
x =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫₀π/2 x·sin x dx (x in radianti).
∫₀π/2 x·sin x dx
I =
6.IntegraliDifficile
Trova l'area A della regione tra la parabola y = 9 − x² e l'asse x.
y = 9 − x²
A =
7.Numeri complessiMedia
Scrivi z = −6 − j8 in forma esponenziale r·ejθ. Dai θ in radianti, tra −π e π.
z = −6 − j8
θ = rad
8.Numeri complessiDifficile
Le radici di zⁿ = w con n = 4 e w = 16∠−60° sono zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2, 3. Trova la parte reale di z₃.
w = 16∠−60°n = 4k = 3
Re(z₃) =
9.Equazioni differenzialiMedia
Risolvi y″ + 4y′ + 4y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = 1. Trova y(1).
y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 3y′(0) = 1
y(1) =
10.Equazioni differenzialiDifficile
Risolvi y′ + 2y = 5e−t con y(0) = 0. Trova y(1,5).
y′ + 2y = 5e−ty(0) = 0
y(1.5) =
11.Matrici e determinantiMedia
Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.
A = [−4 −3 −1; 3 −1 2; −2 4 −1]
det A =
12.Matrici e determinantiDifficile
Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.
A = [0 6; 4 2]
λ =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Trova il valore di k per cui i vettori a = (4, −6, −5) e b = (2, k, −1) sono perpendicolari.
a = (4, −6, −5)b = (2, k, −1)
k =
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Il versore n̂ è perpendicolare sia a a = (2, 0, −2) sia a b = (−2, −4, 1) e ha componente z positiva. Trova la sua componente y n̂y.
a = (2, 0, −2)b = (−2, −4, 1)n̂z > 0
n̂y =
15.ProbabilitàMedia
Si lancia un dado equo 4 volte. Qual è la probabilità P di ottenere almeno un sei?
n = 4
P =
16.ProbabilitàDifficile
Giocare a un gioco costa 2 €. Si vincono 6 € con probabilità 0,3 e 20 € con probabilità 0,02; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.
posta = €2€6: p = 0,3€20: p = 0,02
E(G) = €
17.Statistica descrittivaMedia
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 55, 25, 29, 55, 16, 22.
n = 6
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
Una grandezza ha distribuzione normale con media 100 e deviazione standard 20. Quale proporzione P dei valori è superiore a 80?
μ = 100σ = 20x = 80
P =
19.Distribuzione normaleMedia
Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,7540. Trova z con due decimali.
A = 0,7540
z =
20.Distribuzione normaleDifficile
Supponi che le altezze degli uomini adulti abbiano una distribuzione normale con media 178 cm e deviazione standard 7 cm. Trova il valore x sotto il quale si trova il 10 % dei dati (il 10° percentile).
μ = 178σ = 7P = 10%
x = cm
3Soluzioni
1.Limiti
Risposta: L = 2,718
Limiti: prova prima la sostituzione diretta. Se dà 0/0, semplifica prima: scomponi e semplifica il fattore comune, oppure moltiplica per il coniugato. Per x → ∞, dividi numeratore e denominatore per la potenza più alta di x. Regola di de l’Hôpital: se f/g dà 0/0 o ∞/∞, allora lim f/g = lim f′/g′, derivando separatamente numeratore e denominatore (non con la regola del quoziente).
Prendi il logaritmo
ln L = limx→∞ x·ln(1 + 1/x)
Calcola
ln(1 + u)/u → 1 per u → 0, quindi x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 1·1 = 1
Elimina il logaritmo
L = e1 = 2,718
Risposta
L = 2,718
2.Limiti
Risposta: L = 0,3333
Limiti: prova prima la sostituzione diretta. Se dà 0/0, semplifica prima: scomponi e semplifica il fattore comune, oppure moltiplica per il coniugato. Per x → ∞, dividi numeratore e denominatore per la potenza più alta di x. Regola di de l’Hôpital: se f/g dà 0/0 o ∞/∞, allora lim f/g = lim f′/g′, derivando separatamente numeratore e denominatore (non con la regola del quoziente).
Regola di de l’Hôpital
L = limx→0 [1/(1 + x)]/[3·cos 3x]
Sostituisci x = 0
L = 1/3 = 0,3333
Risposta
L = 0,3333
3.Derivate
Risposta: f′(−1) = −0,3333
Derivazione: la derivata f′(x) è la pendenza del grafico in x. Regola della potenza: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regola del prodotto: (uv)′ = u′v + uv′. Regola della catena: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Dove f′(x) = 0 il grafico ha una tangente orizzontale: un massimo, un minimo o un punto di sella.
Regola della catena per il logaritmo
f′(x) = 2x/(x2 + 5)
Sostituisci
f′(−1) = −2/6 = −0,3333
Risposta
f′(−1) = −0,3333
4.Derivate
Risposta: x = −2
Derivazione: la derivata f′(x) è la pendenza del grafico in x. Regola della potenza: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regola del prodotto: (uv)′ = u′v + uv′. Regola della catena: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Dove f′(x) = 0 il grafico ha una tangente orizzontale: un massimo, un minimo o un punto di sella.
Derivata
f′(x) = 3x2 + 9x + 6 = 3·(x2 + 3x + 2)
Risolvi f′(x) = 0
x = −2 oppure x = −1
Qual è quale
f″(x) = 6x + 9: negativa in un massimo, positiva in un minimo.
f″(−2) = −3, f″(−1) = 3
x = −2
Risposta
x = −2
5.Integrali
Risposta: I = 1
Integrazione per parti: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, dalla regola del prodotto. Scegli u come il fattore che si semplifica quando lo derivi (una potenza di x, o ln x), e dv come il fattore che sai integrare (eˣ, sin x, cos x, o x quando u = ln x). Per un integrale definito, calcola u·v a entrambi gli estremi: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Un fattore x² richiede due passaggi.
Scegli u e dv
u = x, du = dx; dv = sin x dx, v = −cos x
Primitiva
∫x sin x dx = −x cos x + ∫cos x dx = −x cos x + sin x
Limiti
(−π/2·cos π/2 + sin π/2) − (0 + 0) = 1
Risposta
I = 1
6.Integrali
Risposta: A = 36
Integrali definiti: ∫ₐᵇ f(x) dx è l'area con segno tra il grafico e l'asse x da a a b. Trova una primitiva F (con F′ = f) e calcola F(b) − F(a). Regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). L'area tra due curve è ∫(superiore − inferiore) dx.
Zeri
9 − x² = 0 → x = ±3
Integra
A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36
Risposta
A = 36
7.Numeri complessi
Risposta: θ = −2,214 rad
Forma polare: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, con r = |z| e θ = arg z. Per tornare alla forma cartesiana: a = r cos θ, b = r sin θ. L’argomento richiede il quadrante: θ = atan(b/a) solo quando a > 0; per a < 0 somma o sottrai 180°. In forma polare la moltiplicazione è facile: moltiplica i moduli e somma gli argomenti; per la divisione dividi i moduli e sottrai gli argomenti.
Modulo
r = √(36 + 64) = 10
Argomento in radianti
θ = −126,9° = −126,9·π/180 = −2,214 rad
Forma esponenziale
z = 10·e−j2,214
Risposta
θ = −2,214 rad
8.Numeri complessi
Risposta: Re(z₃) = −0,5176
De Moivre e radici: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. L’equazione zⁿ = R∠φ ha esattamente n radici, tutte con modulo R1/n, agli argomenti (φ + 360°·k)/n per k = 0, 1, …, n − 1: giacciono equidistanziate su una circonferenza, a 360°/n l’una dall’altra. Un’equazione quadratica z² + pz + q = 0 con p² < 4q ha le radici complesse z = −p/2 ± j√(q − p²/4); un polinomio a coefficienti reali ha sempre le radici complesse in coppie coniugate a ± jb.
Le 4 radici giacciono sulla circonferenza di raggio 2, a distanza angolare di 90°.
9.Equazioni differenziali
Risposta: y(1) = 1,353
Equazioni lineari del secondo ordine: per y″ + b·y′ + c·y = 0 prova y = ert: si ottiene l’equazione caratteristica r² + b·r + c = 0. Due radici reali r₁ ≠ r₂ danno y = A·er₁t + B·er₂t (sovrasmorzato); una radice doppia r dà y = (A + Bt)·ert (smorzamento critico); radici complesse −α ± jω danno y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (sottosmorzato, oscillante). I valori iniziali y(0) e y′(0) fissano A e B. Scritta come y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn è la pulsazione naturale e ζ il coefficiente di smorzamento: con ζ < 1 si ha oscillazione. Con un ingresso costante, y″ + by′ + cy = c·K, la soluzione è il valore a regime K più la risposta libera.
Radice doppia
(r + 2)² = 0 → r = −2
Costanti
A = y(0) = 3
y′(0) = B − 2A → B = 1 + 6 = 7
Calcola
y(1) = (3 + 7·1)·e−2 = 1,353
Risposta
y(1) = 1,353
10.Equazioni differenziali
Risposta: y(1.5) = 0,8667
Equazioni differenziali del primo ordine: dy/dt = k·y ha soluzione y = y₀·ekt (crescita per k > 0, decadimento per k < 0); un tempo di dimezzamento T dà k = ln 2/T. La legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), dà T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Un’equazione lineare y′ + p(x)·y = q(x) si risolve con il fattore integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, quindi μy = ∫μq dx + C.
Fattore integrante
μ = e2t
(e2ty)′ = 5et
Soluzione generale
y = 5/1·e−t + C·e−2t = 5·e−t + C·e−2t
Condizione iniziale
0 = 5 + C → C = −5
Calcola
y(1,5) = 5·0,2231 + (−5)·0,04979 = 0,8667
Risposta
y(1,5) = 0,8667
11.Matrici e determinanti
Risposta: det A = 21
Matrici: il determinante di una matrice 2×2 è ad − bc. Per una 3×3 sviluppa lungo una riga: ogni elemento per il determinante della 2×2 che resta togliendo la sua riga e la sua colonna, con segni alterni + − +. Gli autovalori λ risolvono det(A − λI) = 0; per una 2×2 è λ² − (traccia)·λ + det = 0.
Minori 2×2 della prima riga
M₁₁ = −7, M₁₂ = 1, M₁₃ = 10
Sviluppo di Laplace
det A = (−4)·(−7) − (−3)·1 + (−1)·10 = 21
Risposta
det A = 21
12.Matrici e determinanti
Risposta: λ = 6
Matrici: il determinante di una matrice 2×2 è ad − bc. Per una 3×3 sviluppa lungo una riga: ogni elemento per il determinante della 2×2 che resta togliendo la sua riga e la sua colonna, con segni alterni + − +. Gli autovalori λ risolvono det(A − λI) = 0; per una 2×2 è λ² − (traccia)·λ + det = 0.
Equazione caratteristica
λ² − (2)λ + (−24) = 0
Risolvi
λ = (2 ± √(100))/2 → λ = −4, 6
λ = 6
Risposta
λ = 6
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: k = 2,167
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.
Il prodotto scalare è uguale a zero
a·b = 4·2 + (−6)·k + (−5)·(−1) = 0
13 + (−6)·k = 0
Risolvi per k
k = −13/(−6) = 2,167
Risposta
k = 2,167
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: n̂y = −0,1741
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.
Prodotto vettoriale
(a × b)x = aybz − azby = 0·1 − (−2)·(−4) = −8
(a × b)y = azbx − axbz = (−2)·(−2) − 2·1 = 2
(a × b)z = axby − aybx = 2·(−4) − 0·(−2) = −8
Normalizza
La componente z di a × b è negativa, quindi usa −(a × b).
Probabilità: con esiti equiprobabili, P(A) = casi favorevoli/casi possibili. Per eventi indipendenti si moltiplica: P(A e B) = P(A)·P(B). Il complementare aiuta spesso: P(almeno uno) = 1 − P(nessuno). Binomiale: in n prove indipendenti con probabilità di successo p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Complementare
P(nessun sei) = (5/6)4 = 0,4823
P = 1 − 0,4823 = 0,5177
Risposta
P = 0,5177
16.Probabilità
Risposta: E(G) = 0,2 €
Variabili aleatorie discrete: una distribuzione di probabilità elenca ogni valore x che una variabile può assumere con la sua probabilità p(x); le probabilità sono comprese tra 0 e 1 e sommano a 1. Il valore atteso (media) è E(X) = Σx·p(x), la media a lungo termine. La varianza è Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², e la deviazione standard è σ = √Var(X). Per una trasformazione lineare Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) e σY = |a|·σX; aggiungere una costante non cambia la dispersione.
Esiti netti
G: 4 (p = 0,3), 18 (p = 0,02), −2 (p = 0,68)
Valore atteso
E(G) = 4·0,3 + 18·0,02 − 2·0,68 = 0,2 €
Risposta
E(G) = 0,2 €
Un valore positivo significa che in media guadagni denaro.
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 17,06
Statistica descrittiva: la media è la somma divisa per n; la mediana è il valore centrale dei dati ordinati (la media dei due centrali se n è pari). La deviazione standard campionaria è s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un punteggio z = (x − μ)/σ dice a quante deviazioni standard dalla media si trova un valore.
Statistica descrittiva: la media è la somma divisa per n; la mediana è il valore centrale dei dati ordinati (la media dei due centrali se n è pari). La deviazione standard campionaria è s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un punteggio z = (x − μ)/σ dice a quante deviazioni standard dalla media si trova un valore.
Standardizza
z = −1
Tavola della normale standard
Φ(−1) = 0,1587
P = 1 − 0,1587 = 0,8413
Risposta
P = 0,8413
19.Distribuzione normale
Risposta: z = 1,16
Da un’area a z: Φ(z) è l’area a sinistra di z. Per un’area di coda sinistra A, trova z con Φ(z) = A nella tabella. Un’area di coda destra A significa Φ(z) = 1 − A. Un’area centrale A tra −z e z lascia (1 − A)/2 in ciascuna coda, quindi Φ(z) = (1 + A)/2. Per un valore x, usa x = μ + zσ.
Area a sinistra di z
Φ(z) = (1 + 0,7540)/2 = 0,8770
Leggi la tabella z al contrario
Trova 0,8770 dentro la tabella e leggi z.
z = 1,16
Risposta
z = 1,16
20.Distribuzione normale
Risposta: x = 169 cm
Distribuzione normale: trasforma un valore x in un punteggio z, z = (x − μ)/σ, che indica a quante deviazioni standard dalla media si trova. Una tavola z (o Φ(z)) dà l’area a sinistra di z, cioè P(X < x). L’area a destra è 1 − Φ(z), e l’area tra due valori è la differenza delle loro due aree.