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→∞ (−5x2 + 5x + 1)/(2x2 + 3x + 4).
f(x) = (−5x2 + 5x + 1)/(2x2 + 3x + 4)x → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 (e3x − 1 − 3x)/x².
f(x) = (e3x − 1 − 3x)/x²x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = x3·e2x. Trova f′(0,5).
f(x) = x3·e2xx = 0,5
f′(0.5) =
4.DerivateDifficile
Sia f(x) = x3 − 13,5x2 + 54x. Trova l'ascissa x del minimo locale.
f(x) = x3 − 13,5x2 + 54x
x =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫01 e−x dx.
f(x) = e−x[0, 1]
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 diagramma mostra z = 1 − j4. Con w = 2∠90°, clicca il punto che rappresenta z·w.
z = 1 − j4w = 2∠90°
1A (4 + j)
2B (8 + j2)
3C (2 − j8)
4D (−8 − j2)
8.Numeri complessiDifficile
Trova la parte reale di (1 + j)³.
z = 1 + jn = 3
Re(z³) =
9.Equazioni differenzialiMedia
Risolvi y″ + 8y′ + 16y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = 1. Trova y(2).
y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 3y′(0) = 1
y(2) =
10.Equazioni differenzialiDifficile
Risolvi y′ + y = 9e−3t con y(0) = 4. Trova y(1).
y′ + y = 9e−3ty(0) = 4
y(1) =
11.Matrici e determinantiMedia
Sia C = AB per le matrici mostrate. Trova l'elemento c21 (riga 2, colonna 1).
A = [2 −3; −2 −4]B = [6 2; 5 −5]
c21 =
12.Matrici e determinantiDifficile
Risolvi il sistema −5x − 6y = 2 e 5x + 3y = 5. Trova x.
−5x − 6y = 25x + 3y = 5
x =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Una forza costante F = (5, −20, −20) N agisce su un oggetto mentre si muove in linea retta dal punto A(−2, −5, 4) al punto B(3, −1, −1). Le coordinate sono in metri. Trova il lavoro W compiuto dalla forza.
F = (5, −20, −20) NA(−2, −5, 4) mB(3, −1, −1) m
W = J
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Una forza F = (60, 0, −30) N agisce nel punto A(2, 1, 0). Le coordinate sono in metri. Trova il modulo |M| del momento della forza rispetto a l’origine O(0, 0, 0).
F = (60, 0, −30) NA(2, 1, 0) mO(0, 0, 0) m
|M| = N·m
15.ProbabilitàMedia
Per la distribuzione mostrata, trova la deviazione standard σ di X.
x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,2, 0,3, 0,25, 0,25
σ =
16.ProbabilitàDifficile
Si collaudano 5 componenti, e ciascuno si guasta con probabilità 0,4, in modo indipendente. Qual è la probabilità P che se ne guasti al massimo uno?
n = 5p = 0,4
P =
17.Statistica descrittivaMedia
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 33, 18, 56, 21, 11, 44.
n = 6
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
Una grandezza ha distribuzione normale con media 70 e deviazione standard 8. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 74,8?
μ = 70σ = 8x = 74,8
P =
19.Distribuzione normaleMedia
Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,8529. Trova z con due decimali.
A = 0,8529
z =
20.Distribuzione normaleDifficile
I valori di i punteggi del QI sono distribuiti normalmente con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Trascina la soglia in modo che il 80% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.
μ = 100 puntiσ = 15 punti80%
x = punti
3Soluzioni
1.Limiti
Risposta: L = −2,5
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).
Dividi per la potenza più alta
(−5 + 5/x + 1/x2)/(2 + 3/x + 4/x2)
Fai tendere x → ∞
L = −5/2 = −2,5
Risposta
L = −2,5
A gradi uguali il limite è il rapporto dei coefficienti direttivi.
2.Limiti
Risposta: L = 4,5
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
(3·e3x − 3)/(2x) → 0/0
Seconda applicazione
9·e3x/2
Sostituisci x = 0
L = 9·1/2 = 4,5
Risposta
L = 4,5
3.Derivate
Risposta: f′(0.5) = 2,718
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 del prodotto
f′(x) = u′v + uv′ = e2x·(3x2 + 2·x3)
Sostituisci
f′(0,5) = 2,718·(0,75 + 0,25) = 2,718
Risposta
f′(0,5) = 2,718
4.Derivate
Risposta: x = 6
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 − 27x + 54 = 3·(x2 − 9x + 18)
Risolvi f′(x) = 0
x = 3 oppure x = 6
Qual è quale
f″(x) = 6x − 27: negativa in un massimo, positiva in un minimo.
f″(3) = −9, f″(6) = 9
x = 6
Risposta
x = 6
5.Integrali
Risposta: I = 0,6321
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) = e−x/(−1)
Valuta agli estremi
I = (e−1 − 1)/(−1) = (0,3679 − 1)/(−1) = 0,6321
Risposta
I = 0,6321
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 (8 + j2)
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.
Effetto di w
|z·w| = 2·|z|, arg(z·w) = arg z + 90°
Il punto
z·w = 8 + j2 → B
Risposta
B (8 + j2)
8.Numeri complessi
Risposta: Re(z³) = −2
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 + j)(1 + j) = j2
z³ = (j2)(1 + j) = −2 + j2
Verifica con De Moivre
z = 1,414∠45° → z³ = 2,828∠135°
Re(z³) = −2
Risposta
Re(z³) = −2
9.Equazioni differenziali
Risposta: y(2) = 0,009728
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) = 3
y′(0) = B − 4A → B = 1 + 12 = 13
Calcola
y(2) = (3 + 13·2)·e−8 = 0,009728
Risposta
y(2) = 0,009728
10.Equazioni differenziali
Risposta: y(1) = 2,903
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 = et
(ety)′ = 9e−2t
Soluzione generale
y = 9/(−2)·e−3t + C·e−t = −4,5·e−3t + C·e−t
Condizione iniziale
4 = −4,5 + C → C = 8,5
Calcola
y(1) = −4,5·0,04979 + 8,5·0,3679 = 2,903
Risposta
y(1) = 2,903
11.Matrici e determinanti
Risposta: c21 = −32
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.
Riga per colonna
c21 = (−2)·6 + (−4)·5 = −32
Risposta
c21 = −32
12.Matrici e determinanti
Risposta: x = 2,4
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.
Determinante della matrice dei coefficienti
det A = (−5)·3 − (−6)·5 = 15
Sostituisci la colonna di x
det Aₓ = 2·3 − (−6)·5 = 36
x = 36/15 = 2,4
Risposta
x = 2,4
y = −2,333
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: W = 45 J
Prodotto scalare:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, uno scalare. Fornisce l’angolo tra due vettori, cos θ = a·b/(|a|·|b|), ed è nullo quando i vettori sono perpendicolari. La proiezione scalare di a su b è a·b/|b|, e una forza costante F che compie uno spostamento d esegue il lavoro W = F·d.
Spostamento
d = B − A = (3, −1, −1) − (−2, −5, 4) = (5, 4, −5) m
Lavoro
W = F·d = 5·5 + (−20)·4 + (−20)·(−5) = 45 J
Risposta
W = 45 J
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: |M| = 90 N·m
Prodotto vettoriale:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) è perpendicolare a entrambi i vettori, e |a × b| = |a|·|b|·sin θ è l’area del parallelogramma che essi generano (il triangolo ne ha la metà). L’ordine conta: b × a = −(a × b). Il momento di una forza F applicata nel punto A rispetto al punto O è MO = r × F, con r = A − O.
Vettore posizione da O ad A
r = A − O = (2, 1, 0) − (0, 0, 0) = (2, 1, 0) m
Momento M = r × F
(r × F)x = ryFz − rzFy = 1·(−30) − 0·0 = −30 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 0·60 − 2·(−30) = 60 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = 2·0 − 1·60 = −60 N·m
Modulo
|M| = √((−30)² + 60² + (−60)²) = 90 N·m
Risposta
|M| = 90 N·m
15.Probabilità
Risposta: σ = 1,071
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 = 1·0,2 + 2·0,3 + 3·0,25 + 4·0,25 = 2,55
Media dei quadrati
E(X²) = 1·0,2 + 4·0,3 + 9·0,25 + 16·0,25 = 7,65
Varianza
Var(X) = 7,65 − 2,55² = 1,148
σ = √1,148 = 1,071
Risposta
σ = 1,071
16.Probabilità
Risposta: P = 0,337
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) = 0,65 = 0,07776
P(X = 1) = 5·0,4·0,64 = 0,2592
Sommale
P = 0,07776 + 0,2592 = 0,337
Risposta
P = 0,337
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 17,12
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 = 0,6
Tavola della normale standard
Φ(0,6) = 0,7257
P = 0,7257
Risposta
P = 0,7257
19.Distribuzione normale
Risposta: z = 1,45
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 + 0,8529)/2 = 0,9265
Leggi la tabella z al contrario
Trova 0,9265 dentro la tabella e leggi z.
z = 1,45
Risposta
z = 1,45
20.Distribuzione normale
Risposta: x = 87,4 punti
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.