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→∞ (√(4x2 + 2x) − 2x).
f(x) = √(4x2 + 2x) − 2xx → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 ln(1 + 2x)/sin(3x), con x in radianti.
f(x) = ln(1 + 2x)/sin(3x)x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = (4x + 1)3. Trova f′(1).
f(x) = (4x + 1)3x = 1
f′(1) =
4.DerivateDifficile
La retta tangente a f(x) = x2 − 2 in x = 1 interseca l'asse y in y = b. Trova b.
f(x) = x2 − 2x = 1
b =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫₀π/2 x·cos x dx (x in radianti).
∫₀π/2 x·cos x dx
I =
6.IntegraliDifficile
Trova l'area A della regione delimitata da y = x2 e y = 2x.
y = x2y = 2x
A =
7.Numeri complessiMedia
Il numero z = 4·ej2 ha l’angolo in radianti. Trova la sua parte immaginaria b.
r = 4θ = 2 rad
b =
8.Numeri complessiDifficile
Una radice di z³ + 9z² + 25z + 17 = 0 è z₁ = −4 + j. I coefficienti sono reali. Trova la radice reale r.
z₁ = −4 + j
r =
9.Equazioni differenzialiMedia
Una tazza di caffè a 80 °C viene lasciata in una stanza a 21 °C. Dopo 10 min la sua temperatura è 39 °C. Segue la legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Trova la costante k in min⁻¹.
T0 = 80 °CTa = 21 °CT(10) = 39 °C
k = min⁻¹
10.Equazioni differenzialiDifficile
Un serbatoio contiene 200 L di acqua in cui sono disciolti 20 kg di sale. Una salamoia con 0,25 kg di sale per litro entra a 10 L/min, e la soluzione ben miscelata esce con la stessa portata. Quanto sale m c’è nel serbatoio dopo 40 min?
V = 200 Lm0 = 20 kgc = 0,25 kg/Lr = 10 L/min
m = kg
11.Matrici e determinantiMedia
Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.
A = [0 −3 −5; 4 −2 3; −4 1 0]
det A =
12.Matrici e determinantiDifficile
Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.
A = [1 −3; 2 6]
λ =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Trova il prodotto scalare a·b di a = (3, −1, 6) e b = (−2, 1, −2).
a = (3, −1, 6)b = (−2, 1, −2)
a·b =
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Trova il volume V del parallelepipedo i cui spigoli uscenti da un vertice sono a = (5, 1, −1), b = (0, −1, −3) e c = (−2, 1, 0).
a = (5, 1, −1)b = (0, −1, −3)c = (−2, 1, 0)
V =
15.ProbabilitàMedia
Per la distribuzione mostrata, trova la deviazione standard σ di X.
x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3
σ =
16.ProbabilitàDifficile
Si collaudano 7 componenti, e ciascuno si guasta con probabilità 0,7, in modo indipendente. Qual è la probabilità P che se ne guasti al massimo uno?
n = 7p = 0,7
P =
17.Statistica descrittivaMedia
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 47, 29, 50, 35, 16, 11, 37.
n = 7
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 70 e deviazione standard 10. Trova il punteggio z z di un voto pari a 50.
μ = 70σ = 10x = 50
z =
19.Distribuzione normaleMedia
X è normale con media 250 g e deviazione standard 4 g; Y è indipendente e normale con media 500 g e deviazione standard 9 g. Trova la probabilità P che X + Y sia maggiore di 745,1 g. Arrotonda z a due decimali.
μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 745,1 g
P =
20.Distribuzione normaleDifficile
I valori di le altezze degli uomini adulti sono distribuiti normalmente con media 178 cm e deviazione standard 7 cm. Trascina la soglia in modo che il 10% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.
μ = 178 cmσ = 7 cm10%
x = cm
3Soluzioni
1.Limiti
Risposta: L = 0,5
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).
Moltiplica per il coniugato
f(x) = 2x/(√(4x2 + 2x) + 2x)
Dividi per x
f(x) = 2/(√(4 + 2/x) + 2)
Fai tendere x → ∞
L = 2/(2 + 2) = 0,5
Risposta
L = 0,5
2.Limiti
Risposta: L = 0,6667
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 [2/(1 + 2x)]/[3·cos 3x]
Sostituisci x = 0
L = 2/3 = 0,6667
Risposta
L = 0,6667
3.Derivate
Risposta: f′(1) = 300
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
f′(x) = 3·(4x + 1)2·4
Sostituisci
f′(1) = 3·52·4 = 300
Risposta
f′(1) = 300
4.Derivate
Risposta: b = −3
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.
Punto e pendenza
f(1) = −1
f′(x) = 2x → f′(1) = 2
Retta tangente in x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −1 − 2·1 = −3
Risposta
b = −3
5.Integrali
Risposta: I = 0,5708
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 = cos x dx, v = sin x
Primitiva
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Limiti
(π/2·sin π/2 + cos π/2) − (0 + 1) = 0,5708
Risposta
I = 0,5708
6.Integrali
Risposta: A = 1,333
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.
Punti di intersezione
x2 = 2x → x = 0, x = 2
Integra superiore meno inferiore
A = [x2 − 0,3333x3]02 = 1,333
Risposta
A = 1,333
7.Numeri complessi
Risposta: b = 3,637
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.
Formula di Eulero
z = 4·(cos 2 + j sin 2)
Componenti (radianti)
a = 4·cos 2 = −1,665
b = 4·sin 2 = 3,637
b = 3,637
Risposta
b = 3,637
8.Numeri complessi
Risposta: r = −1
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.
Verifica con la somma delle radici: z₁ + z₂ + r = −8 + (−1) = −9 = −(9).
9.Equazioni differenziali
Risposta: k = 0,1187 min⁻¹
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.
Rapporto delle differenze di temperatura
e−10k = 18/59
Risolvi per k
k = ln(59/18)/10 = 0,1187 min⁻¹
Risposta
k = 0,1187 min⁻¹
10.Equazioni differenziali
Risposta: m = 45,94 kg
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.
Imposta l’equazione
dm/dt = 10·0,25 − (10/200)·m = 2,5 − 0,05·m
Risolvi
Il fattore integrante è ert/V; la soluzione tende all’equilibrio c·V.
m(t) = 50 + (−30)·e−t/20
Sostituisci t
m(40) = 50 + (−30)·0,1353 = 45,94 kg
Risposta
m = 45,94 kg
11.Matrici e determinanti
Risposta: det A = 56
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 = −3, M₁₂ = 12, M₁₃ = −4
Sviluppo di Laplace
det A = 0·(−3) − (−3)·12 + (−5)·(−4) = 56
Risposta
det A = 56
12.Matrici e determinanti
Risposta: λ = 4
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 − (7)λ + (12) = 0
Risolvi
λ = (7 ± √(1))/2 → λ = 3, 4
λ = 4
Risposta
λ = 4
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: a·b = −19
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.
Negativo: l’angolo tra i vettori è maggiore di 90°.
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: V = 23
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 b × c
(b × c)x = bycz − bzcy = (−1)·0 − (−3)·1 = 3
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−3)·(−2) − 0·0 = 6
(b × c)z = bxcy − bycx = 0·1 − (−1)·(−2) = −2
Prodotto scalare con a
a·(b × c) = 5·3 + 1·6 + (−1)·(−2) = 23
V = |23| = 23
Risposta
V = 23
15.Probabilità
Risposta: σ = 0,8047
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.
Media
μ = 0·0,35 + 1·0,35 + 2·0,3 = 0,95
Media dei quadrati
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
Risposta
σ = 0,8047
16.Probabilità
Risposta: P = 0,003791
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.
Zero e un guasto
P(X = 0) = 0,37 = 0,0002187
P(X = 1) = 7·0,7·0,36 = 0,003572
Sommale
P = 0,0002187 + 0,003572 = 0,003791
Risposta
P = 0,003791
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 14,66
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 = (50 − 70)/10 = −2
Risposta
z = −2
19.Distribuzione normale
Risposta: P = 0,6915
Somme e differenze di variabili normali: se X e Y sono indipendenti e normali, anche X + Y e X − Y sono normali. Le medie si sommano o si sottraggono: E(X ± Y) = μX ± μY. Le varianze si sommano sempre, anche per una differenza: Var(X ± Y) = σX² + σY², quindi σ = √(σX² + σY²). Le deviazioni standard non si sommano mai direttamente. Il totale di n elementi indipendenti con la stessa distribuzione ha media n·μ e deviazione standard σ·√n. Poi standardizza come al solito: z = (x − media)/σ e leggi Φ(z).
Distribuzione della somma
μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9,849 g
Standardizza
z = (745,1 − 750)/9,849 = −0,5
Coda superiore
P = 1 − Φ(−0,5) = 1 − 0,3085 = 0,6915
Risposta
P = 0,6915
20.Distribuzione normale
Risposta: x = 187 cm
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.