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 + 0,5/x)2x. Dai un valore decimale.
f(x) = (1 + 0,5/x)2xx → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 (ex − 1 − x)/x².
f(x) = (ex − 1 − x)/x²x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = (3x − 1)5. Trova f′(0).
f(x) = (3x − 1)5x = 0
f′(0) =
4.DerivateDifficile
La retta tangente a f(x) = 3x2 − x + 1 in x = −1 interseca l'asse y in y = b. Trova b.
f(x) = 3x2 − x + 1x = −1
b =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫₁1,5 x·ln x dx.
∫₁1,5 x ln 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 = 12∠25° in forma cartesiana a + jb e dai la parte immaginaria b.
r = 12θ = 25°
b =
8.Numeri complessiDifficile
Usa il teorema di De Moivre per trovare la parte reale di z⁵ per z = −√3 + j.
z = −√3 + jn = 5
Re(z⁵) =
9.Equazioni differenzialiMedia
Risolvi y″ + 8y′ + 16y = 0 con y(0) = 5 e y′(0) = 4. Trova y(1).
y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 5y′(0) = 4
y(1) =
10.Equazioni differenzialiDifficile
Un sistema obbedisce a y″ + y′ + 9,25y = 46,25 per t ≥ 0, partendo da fermo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Trova y(0,75); angoli in radianti.
y″ + y′ + 9,25y = 46,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.75) =
11.Matrici e determinantiMedia
Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.
A = [5 0 2; 5 0 −1; −3 2 −4]
det A =
12.Matrici e determinantiDifficile
Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.
A = [0 −1; −8 2]
λ =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Trova l’angolo θ tra i vettori a = (3, −5, 0) e b = (2, −4, 4), in gradi.
a = (3, −5, 0)b = (2, −4, 4)
θ = °
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Trova il volume V del parallelepipedo i cui spigoli uscenti da un vertice sono a = (4, −5, 2), b = (2, 1, 0) e c = (2, 2, 3).
a = (4, −5, 2)b = (2, 1, 0)c = (2, 2, 3)
V =
15.ProbabilitàMedia
Un sacchetto contiene 7 palline rosse e 9 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?
7 / 9
P =
16.ProbabilitàDifficile
Un test ha 9 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,1, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 4 risposte corrette?
n = 9p = 0,1k = 4
P =
17.Statistica descrittivaMedia
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 47, 24, 31, 13, 39.
n = 5
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
Una grandezza ha distribuzione normale con media 100 e deviazione standard 15. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 85?
μ = 100σ = 15x = 85
P =
19.Distribuzione normaleMedia
Le masse di passeggeri con bagaglio sono indipendenti e normali con media 85 kg e deviazione standard 12 kg. Trova la probabilità P che la massa totale di 4 di essi superi 364 kg. Arrotonda z a due decimali.
μ = 85 kgσ = 12 kgn = 4> 364 kg
P =
20.Distribuzione normaleDifficile
Supponi che i pesi dei sacchetti abbiano una distribuzione normale con media 250 g e deviazione standard 5 g. Trova il valore x sotto il quale si trova il 20 % dei dati (il 20° percentile).
μ = 250σ = 5P = 20%
x = g
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→∞ 2·x·ln(1 + 0,5/x)
Calcola
ln(1 + u)/u → 1 per u → 0, quindi x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·0,5 = 1
Elimina il logaritmo
L = e1 = 2,718
Risposta
L = 2,718
2.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).
Prima applicazione
(1·ex − 1)/(2x) → 0/0
Seconda applicazione
1·ex/2
Sostituisci x = 0
L = 1·1/2 = 0,5
Risposta
L = 0,5
3.Derivate
Risposta: f′(0) = 15
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) = 5·(3x − 1)4·3
Sostituisci
f′(0) = 5·(−1)4·3 = 15
Risposta
f′(0) = 15
4.Derivate
Risposta: b = −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.
Punto e pendenza
f(−1) = 5
f′(x) = 6x − 1 → f′(−1) = −7
Retta tangente in x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 5 − (−7)·(−1) = −2
Risposta
b = −2
5.Integrali
Risposta: I = 0,1436
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 = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Primitiva
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Limiti
(1,125·ln 1,5 − 0,5625) − (0 − 0,25) = 0,1436
Risposta
I = 0,1436
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: b = 5,071
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.
Componenti
a = 12·cos(25°) = 10,88
b = 12·sin(25°) = 5,071
Forma cartesiana
z = 10,88 + j5,071
b = 5,071
Risposta
b = 5,071
8.Numeri complessi
Risposta: Re(z⁵) = 27,71
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.
Forma polare
z = −√3 + j = 2∠150°
De Moivre
z⁵ = (2)⁵∠750° = 32∠30°
Forma cartesiana
z⁵ = 32·(cos 30° + j sin 30°) = 27,71 + j16
Re(z⁵) = 27,71
Risposta
Re(z⁵) = 27,71
9.Equazioni differenziali
Risposta: y(1) = 0,5312
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 + 4)² = 0 → r = −4
Costanti
A = y(0) = 5
y′(0) = B − 4A → B = 4 + 20 = 24
Calcola
y(1) = (5 + 24·1)·e−4 = 0,5312
Risposta
y(1) = 0,5312
10.Equazioni differenziali
Risposta: y(0.75) = 6,713
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.
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 = 2, M₁₂ = −23, M₁₃ = 10
Sviluppo di Laplace
det A = 5·2 − 0·(−23) + 2·10 = 30
Risposta
det A = 30
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 − (2)λ + (−8) = 0
Risolvi
λ = (2 ± √(36))/2 → λ = −2, 4
λ = 4
Risposta
λ = 4
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: θ = 42 °
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.
Prodotto scalare
a·b = 3·2 + (−5)·(−4) + 0·4 = 26
Moduli
|a| = √(3² + (−5)² + 0²) = 5,831
|b| = √(2² + (−4)² + 4²) = 6
Angolo
cos θ = 26/(5,831·6) = 0,7432
θ = arccos(0,7432) = 42°
Risposta
θ = 42°
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: V = 46
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 = 1·3 − 0·2 = 3
(b × c)y = bzcx − bxcz = 0·2 − 2·3 = −6
(b × c)z = bxcy − bycx = 2·2 − 1·2 = 2
Prodotto scalare con a
a·(b × c) = 4·3 + (−5)·(−6) + 2·2 = 46
V = |46| = 46
Risposta
V = 46
15.Probabilità
Risposta: P = 0,175
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.
Prima e seconda estrazione
P = 7/16 · 6/15 = 42/240 = 0,175
Risposta
P = 0,175
16.Probabilità
Risposta: P = 0,00744
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.
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 = 0,1587
Risposta
P = 0,1587
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 del totale
μT = 340 kg, σT = 12·√4 = 24 kg
Standardizza
z = (364 − 340)/24 = 1
Probabilità
P = 1 − Φ(1) = 0,1587
Risposta
P = 0,1587
20.Distribuzione normale
Risposta: x = 245,8 g
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.