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→∞ (√(x2 + 2x) − x).
f(x) = √(x2 + 2x) − xx → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 (1 − cos 3x)/(2x²), con x in radianti.
f(x) = (1 − cos 3x)/(2x²)x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = x2·e−0,5x. Trova f′(2).
f(x) = x2·e−0,5xx = 2
f′(2) =
4.DerivateDifficile
La retta tangente a f(x) = 0,5x2 − 1 in x = −2 interseca l'asse y in y = b. Trova b.
f(x) = 0,5x2 − 1x = −2
b =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫14 2/x dx.
f(x) = 2/x[1, 4]
I =
6.IntegraliDifficile
La regione tra la retta y = 3x e la parabola y = 2x² viene ruotata attorno all’asse x. Trova il volume V del solido.
y = 3xy = 2x²
V =
7.Numeri complessiMedia
Trova l’argomento θ di z = −6 − j7 in gradi, come valore principale compreso tra −180° e 180°.
z = −6 − j7
θ = °
8.Numeri complessiDifficile
Esattamente uno dei punti A–D è una radice di z⁶ = 64∠120°. Cliccalo.
w = 64∠120°n = 6
1A (2∠80°)
2B (2∠−80°)
3C (2∠110°)
4D (1∠80°)
9.Equazioni differenzialiMedia
Risolvi y″ + 4y′ + 3y = 0 con y(0) = 4 e y′(0) = -4. Trova y(1).
y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 4y′(0) = -4
y(1) =
10.Equazioni differenzialiDifficile
Un sistema obbedisce a y″ + y′ + 4,25y = 21,25 per t ≥ 0, partendo da fermo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Trova y(1); angoli in radianti.
y″ + y′ + 4,25y = 21,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(1) =
11.Matrici e determinantiMedia
Sia C = AB per le matrici mostrate. Trova l'elemento c21 (riga 2, colonna 1).
A = [−3 4; 4 −6]B = [3 −5; −5 −1]
c21 =
12.Matrici e determinantiDifficile
Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.
A = [1 −3; −1 3]
λ =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Trova l’angolo θ tra i vettori a = (2, 0, 4) e b = (−2, −2, 6), in gradi.
a = (2, 0, 4)b = (−2, −2, 6)
θ = °
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Per a = (1, −1, 2) e b = (1, −4, −1), trova la componente x (a × b)x del prodotto vettoriale a × b.
a = (1, −1, 2)b = (1, −4, −1)
(a × b)x =
15.ProbabilitàMedia
Un sacchetto contiene 5 palline rosse e 9 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?
5 / 9
P =
16.ProbabilitàDifficile
Giocare a un gioco costa 1 €. Si vincono 2 € con probabilità 0,25 e 20 € con probabilità 0,05; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.
posta = €1€2: p = 0,25€20: p = 0,05
E(G) = €
17.Statistica descrittivaMedia
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 41, 36, 31, 36, 58, 49, 10.
n = 7
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 12. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 44?
μ = 50σ = 12x = 44
P =
19.Distribuzione normaleMedia
Supponi che i punteggi del QI abbiano una distribuzione normale con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Quale frazione è compresa tra 70,75 e 123,25 punti? Dai P come numero decimale.
μ = 100σ = 15x1 = 70,75x2 = 123,25
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 70% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.
μ = 178 cmσ = 7 cm70%
x = cm
3Soluzioni
1.Limiti
Risposta: L = 1
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/(√(x2 + 2x) + x)
Dividi per x
f(x) = 2/(√(1 + 2/x) + 1)
Fai tendere x → ∞
L = 2/(1 + 1) = 1
Risposta
L = 1
2.Limiti
Risposta: L = 2,25
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·sin 3x/(4x) → 0/0
Seconda applicazione
9·cos 3x/4
Sostituisci x = 0
L = 9/4 = 2,25
Risposta
L = 2,25
3.Derivate
Risposta: f′(2) = 0,7358
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′ = e−0,5x·(2x + (−0,5)·x2)
Sostituisci
f′(2) = 0,3679·(4 + (−2)) = 0,7358
Risposta
f′(2) = 0,7358
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(−2) = 1
f′(x) = x → f′(−2) = −2
Retta tangente in x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 1 − (−2)·(−2) = −3
Risposta
b = −3
5.Integrali
Risposta: I = 2,773
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) = 2·ln x
Valuta agli estremi
I = 2·(ln 4 − ln 1) = 2·ln 4 = 2,773
Risposta
I = 2,773
6.Integrali
Risposta: V = 12,72
Volumi di rotazione: ruotando attorno all’asse x la regione sotto y = f(x) da x = a a x = b si ottiene un solido la cui sezione in x è un disco di raggio f(x). Sommando i dischi si ha V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Quando la regione sta tra una curva esterna R(x) e una interna r(x), ogni fetta è una rondella: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Eleva al quadrato i raggi prima di sottrarli.
Punti di intersezione
3x = 2x² → x = 0, x = 1,5
Metodo delle rondelle
V = π∫₀1,5 ((3x)² − (2x²)²) dx
Integra
V = π(9·1,5³/3 − 4·1,5⁵/5) = π·4,05 = 12,72
Risposta
V = 12,72
7.Numeri complessi
Risposta: θ = −130,6 °
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.
Quadrante
a = −6, b = −7 → III
Angolo di riferimento
α = atan(7/6) = 49,4°
Argomento
θ = −(180° − α) = −130,6°
Risposta
θ = −130,6°
In forma polare z = 9,22∠−130,6°.
8.Numeri complessi
Risposta: A (2∠80°)
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.
Modulo e argomenti delle radici
|z| = 2
θ = 20°, 80°, 140°, −160°, −100°, −40°
Il punto
A = 2∠80°
Risposta
A (2∠80°)
9.Equazioni differenziali
Risposta: y(1) = 1,472
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.
Radici caratteristiche
(r + 1)(r + 3) = 0 → r = −1, −3
Costanti dai valori iniziali
A + B = 4, −1A − 3B = -4
A = 4, B = 0
Calcola
y(1) = 4·e−1 + 0·e−3 = 1,472
Risposta
y(1) = 1,472
10.Equazioni differenziali
Risposta: y(1) = 5,573
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 = 5, r = −0,5 ± 2j
Costanti dai valori iniziali
y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −0,5A + 2B = 0 → B = −1,25
Calcola
y(1) = 5·(1 − e−0,5(cos 2 + 0,25·sin 2)) = 5,573
Risposta
y(1) = 5,573
11.Matrici e determinanti
Risposta: c21 = 42
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 = 4·3 + (−6)·(−5) = 42
Risposta
c21 = 42
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 − (4)λ + (0) = 0
Risolvi
λ = (4 ± √(16))/2 → λ = 0, 4
λ = 4
Risposta
λ = 4
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: θ = 47,61 °
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 = 2·(−2) + 0·(−2) + 4·6 = 20
Moduli
|a| = √(2² + 0² + 4²) = 4,472
|b| = √((−2)² + (−2)² + 6²) = 6,633
Angolo
cos θ = 20/(4,472·6,633) = 0,6742
θ = arccos(0,6742) = 47,61°
Risposta
θ = 47,61°
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: (a × b)x = 9
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 = (−1)·(−1) − 2·(−4) = 9
(a × b)y = azbx − axbz = 2·1 − 1·(−1) = 3
(a × b)z = axby − aybx = 1·(−4) − (−1)·1 = −3
Componente richiesta
(a × b)x = 9
Risposta
(a × b)x = 9
Controllo: a × b è perpendicolare a entrambi i vettori, quindi il suo prodotto scalare con a e con b è nullo.
15.Probabilità
Risposta: P = 0,1099
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 = 5/14 · 4/13 = 20/182 = 0,1099
Risposta
P = 0,1099
16.Probabilità
Risposta: E(G) = 0,5 €
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: 1 (p = 0,25), 19 (p = 0,05), −1 (p = 0,7)
Valore atteso
E(G) = 1·0,25 + 19·0,05 − 1·0,7 = 0,5 €
Risposta
E(G) = 0,5 €
Un valore positivo significa che in media guadagni denaro.
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 15,1
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 = −0,5
Tavola della normale standard
Φ(−0,5) = 0,3085
P = 0,3085
Risposta
P = 0,3085
19.Distribuzione normale
Risposta: P = 0,9138
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.
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.