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→∞ (−6x3 − 2x + 6)/(3x3 + 3x + 6).
f(x) = (−6x3 − 2x + 6)/(3x3 + 3x + 6)x → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 ln(1 + x)/sin(5x), con x in radianti.
f(x) = ln(1 + x)/sin(5x)x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = ln(x2 + 2). Trova f′(2).
f(x) = ln(x2 + 2)x = 2
f′(2) =
4.DerivateDifficile
Sia f(x) = x3 + 6x2 + 9x − 6. Trova l'ascissa x del massimo locale.
f(x) = x3 + 6x2 + 9x − 6
x =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫28 5/x dx.
f(x) = 5/x[2, 8]
I =
6.IntegraliDifficile
Trova l'area A della regione tra la parabola y = 1 − x² e l'asse x.
y = 1 − x²
A =
7.Numeri complessiMedia
Il numero z = 2,5·e−j1 ha l’angolo in radianti. Trova la sua parte immaginaria b.
r = 2,5θ = −1 rad
b =
8.Numeri complessiDifficile
Trova la parte reale di (−1 + j2)⁴.
z = −1 + j2n = 4
Re(z⁴) =
9.Equazioni differenzialiMedia
Una tazza di caffè a 92 °C viene lasciata in una stanza a 20 °C. Dopo 15 min la sua temperatura è 60 °C. Segue la legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo dopo l’inizio, t, impiega a raggiungere 73 °C?
T0 = 92 °CTa = 20 °CT(15) = 60 °CT = 73 °C
t = min
10.Equazioni differenzialiDifficile
Un sistema obbedisce a y″ + 3y′ + 27,25y = 27,25 per t ≥ 0, partendo da fermo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Trova il valore di picco ymax della sua risposta al gradino.
y″ + 3y′ + 27,25y = 27,25y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Matrici e determinantiMedia
Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.
A = [0 4 −5; −1 1 0; 0 −4 −5]
det A =
12.Matrici e determinantiDifficile
Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.
A = [6 −1; 3 2]
λ =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Trova il prodotto scalare a·b di a = (7, 5, 6) e b = (−3, −6, −6).
a = (7, 5, 6)b = (−3, −6, −6)
a·b =
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Per a = (3, −3, 0) e b = (0, 2, 4), trova la componente x (a × b)x del prodotto vettoriale a × b.
a = (3, −3, 0)b = (0, 2, 4)
(a × b)x =
15.ProbabilitàMedia
Per la distribuzione mostrata, trova la varianza Var(X) di X.
x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,35, 0,25, 0,3, 0,05, 0,05
Var(X) =
16.ProbabilitàDifficile
Giocare a un gioco costa 2 €. Si vincono 10 € con probabilità 0,15 e 100 € con probabilità 0,05; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.
posta = €2€10: p = 0,15€100: p = 0,05
E(G) = €
17.Statistica descrittivaMedia
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 48, 12, 38, 21, 33, 52.
n = 6
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 5. Trova il punteggio z z di un voto pari a 46.
μ = 50σ = 5x = 46
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 759,8 g. Arrotonda z a due decimali.
μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 759,8 g
P =
20.Distribuzione normaleDifficile
I valori di i pesi dei sacchetti sono distribuiti normalmente con media 250 g e deviazione standard 5 g. Trascina la soglia in modo che il 70% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.
μ = 250 gσ = 5 g70%
x = g
3Soluzioni
1.Limiti
Risposta: L = −2
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).
Dividi per la potenza più alta
(−6 + (−2)/x2 + 6/x3)/(3 + 3/x2 + 6/x3)
Fai tendere x → ∞
L = −6/3 = −2
Risposta
L = −2
A gradi uguali il limite è il rapporto dei coefficienti direttivi.
2.Limiti
Risposta: L = 0,2
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)]/[5·cos 5x]
Sostituisci x = 0
L = 1/5 = 0,2
Risposta
L = 0,2
3.Derivate
Risposta: f′(2) = 0,6667
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 + 2)
Sostituisci
f′(2) = 4/6 = 0,6667
Risposta
f′(2) = 0,6667
4.Derivate
Risposta: x = −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.
Derivata
f′(x) = 3x2 + 12x + 9 = 3·(x2 + 4x + 3)
Risolvi f′(x) = 0
x = −3 oppure x = −1
Qual è quale
f″(x) = 6x + 12: negativa in un massimo, positiva in un minimo.
f″(−3) = −6, f″(−1) = 6
x = −3
Risposta
x = −3
5.Integrali
Risposta: I = 6,931
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.
Primitiva
F(x) = 5·ln x
Valuta agli estremi
I = 5·(ln 8 − ln 2) = 5·ln 4 = 6,931
Risposta
I = 6,931
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.
Zeri
1 − x² = 0 → x = ±1
Integra
A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333
Risposta
A = 1,333
7.Numeri complessi
Risposta: b = −2,104
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 = 2,5·(cos −1 + j sin −1)
Componenti (radianti)
a = 2,5·cos −1 = 1,351
b = 2,5·sin −1 = −2,104
b = −2,104
Risposta
b = −2,104
8.Numeri complessi
Risposta: Re(z⁴) = −7
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.
Potenze passo per passo
z² = (−1 + j2)(−1 + j2) = −3 − j4
z³ = (−3 − j4)(−1 + j2) = 11 − j2
z⁴ = (11 − j2)(−1 + j2) = −7 + j24
Verifica con De Moivre
z = 2,236∠116,6° → z⁴ = 25∠106,3°
Re(z⁴) = −7
Risposta
Re(z⁴) = −7
9.Equazioni differenziali
Risposta: t = 7,819 min
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.
Costante di raffreddamento
k = ln(72/40)/15 = 0,03919 min⁻¹
Tempo per raggiungere la temperatura desiderata
t = ln(72/53)/0,03919 = 7,819 min
Risposta
t = 7,819 min
10.Equazioni differenziali
Risposta: ymax = 1,39
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.
Valore a regime e radici
yss = 1, r = −1,5 ± 5j
Costanti dai valori iniziali
y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −1,5A + 5B = 0 → B = −0,3
Picco
t = π/5 = 0,6283
ymax = 1·(1 + e−1,5·π/5) = 1,39
Risposta
ymax = 1,39
11.Matrici e determinanti
Risposta: det A = −40
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 = −5, M₁₂ = 5, M₁₃ = 4
Sviluppo di Laplace
det A = 0·(−5) − 4·5 + (−5)·4 = −40
Risposta
det A = −40
12.Matrici e determinanti
Risposta: λ = 5
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 − (8)λ + (15) = 0
Risolvi
λ = (8 ± √(4))/2 → λ = 3, 5
λ = 5
Risposta
λ = 5
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: a·b = −87
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: (a × b)x = −12
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, componente per componente
(a × b)x = aybz − azby = (−3)·4 − 0·2 = −12
(a × b)y = azbx − axbz = 0·0 − 3·4 = −12
(a × b)z = axby − aybx = 3·2 − (−3)·0 = 6
Componente richiesta
(a × b)x = −12
Risposta
(a × b)x = −12
Controllo: a × b è perpendicolare a entrambi i vettori, quindi il suo prodotto scalare con a e con b è nullo.
15.Probabilità
Risposta: Var(X) = 1,26
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.
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: 8 (p = 0,15), 98 (p = 0,05), −2 (p = 0,8)
Valore atteso
E(G) = 8·0,15 + 98·0,05 − 2·0,8 = 4,5 €
Risposta
E(G) = 4,5 €
Un valore positivo significa che in media guadagni denaro.
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 15,43
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 = (46 − 50)/5 = −0,8
Risposta
z = −0,8
19.Distribuzione normale
Risposta: P = 0,1587
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 = (759,8 − 750)/9,849 = 1
Coda superiore
P = 1 − Φ(1) = 1 − 0,8413 = 0,1587
Risposta
P = 0,1587
20.Distribuzione normale
Risposta: x = 252,6 g
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.