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 − 5x) − x).
f(x) = √(x2 − 5x) − xx → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 (1 − cos 2x)/(x²), con x in radianti.
f(x) = (1 − cos 2x)/(x²)x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = x2·ex. Trova f′(1,5).
f(x) = x2·exx = 1,5
f′(1.5) =
4.DerivateDifficile
La retta tangente a f(x) = −x2 + 2x − 6 in x = 1 interseca l'asse y in y = b. Trova b.
f(x) = −x2 + 2x − 6x = 1
b =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫03 e0,5x dx.
f(x) = e0,5x[0, 3]
I =
6.IntegraliDifficile
Trova l'area A della regione delimitata da y = 2x2 e y = 4x.
y = 2x2y = 4x
A =
7.Numeri complessiMedia
Dati z₁ = 4∠−60° e z₂ = 4∠45°, trova la parte reale di w = z₁/z₂.
z₁ = 4∠−60°z₂ = 4∠45°
Re(w) =
8.Numeri complessiDifficile
Le radici di zⁿ = w con n = 2 e w = 4∠−60° sono zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1. Trova la parte immaginaria di z₀.
w = 4∠−60°n = 2k = 0
Im(z₀) =
9.Equazioni differenzialiMedia
Una tazza di caffè a 87 °C viene lasciata in una stanza a 19 °C. Segue la legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Con k = 0,12 min⁻¹, trova la sua temperatura T dopo 24 min.
T0 = 87 °CTa = 19 °Ck = 0,12 min⁻¹t = 24 min
T = °C
10.Equazioni differenzialiDifficile
Un sistema obbedisce a y″ + 3y′ + 6,25y = 62,5 per t ≥ 0, partendo da fermo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Trova y(1,5); angoli in radianti.
y″ + 3y′ + 6,25y = 62,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(1.5) =
11.Matrici e determinantiMedia
Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.
A = [5 0 −2; −3 −1 3; −4 2 3]
det A =
12.Matrici e determinantiDifficile
Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.
A = [6 2; −8 −4]
λ =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Trova la proiezione scalare compb a di a = (−3, 5, −1) su b = (−6, −5, 0), cioè la componente di a nella direzione di b.
a = (−3, 5, −1)b = (−6, −5, 0)
compb a =
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Per a = (6, −3, −5) e b = (5, −5, −6), trova la componente x (a × b)x del prodotto vettoriale a × b.
a = (6, −3, −5)b = (5, −5, −6)
(a × b)x =
15.ProbabilitàMedia
Per la distribuzione mostrata, trova la deviazione standard σ di X.
x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,35, 0,15, 0,3, 0,2
σ =
16.ProbabilitàDifficile
Giocare a un gioco costa 1 €. Si vincono 5 € con probabilità 0,1 e 50 € con probabilità 0,02; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.
posta = €1€5: p = 0,1€50: p = 0,02
E(G) = €
17.Statistica descrittivaMedia
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 53, 46, 15, 25, 37.
n = 5
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
Una grandezza ha distribuzione normale con media 500 e deviazione standard 25. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 537,5?
μ = 500σ = 25x = 537,5
P =
19.Distribuzione normaleMedia
Supponi che le altezze degli uomini adulti abbiano una distribuzione normale con media 178 cm e deviazione standard 7 cm. Quale frazione è compresa tra 164,35 e 188,85 cm? Dai P come numero decimale.
μ = 178σ = 7x1 = 164,35x2 = 188,85
P =
20.Distribuzione normaleDifficile
Il tempo sul giro X del corridore A e il tempo sul giro Y del corridore B sono indipendenti e normali: X ha media 52 s e deviazione standard 4 s, Y ha media 48 s e deviazione standard 3 s. Trova la probabilità P che X sia maggiore di Y. Arrotonda z a due decimali.
μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
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).
Moltiplica per il coniugato
f(x) = −5x/(√(x2 − 5x) + x)
Dividi per x
f(x) = −5/(√(1 + (−5)/x) + 1)
Fai tendere x → ∞
L = −5/(1 + 1) = −2,5
Risposta
L = −2,5
2.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).
Prima applicazione
2·sin 2x/(2x) → 0/0
Seconda applicazione
4·cos 2x/2
Sostituisci x = 0
L = 4/2 = 2
Risposta
L = 2
3.Derivate
Risposta: f′(1.5) = 23,53
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′ = ex·(2x + 1·x2)
Sostituisci
f′(1,5) = 4,482·(3 + 2,25) = 23,53
Risposta
f′(1,5) = 23,53
4.Derivate
Risposta: b = −5
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) = −2x + 2 → f′(1) = 0
Retta tangente in x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −5 − 0·1 = −5
Risposta
b = −5
5.Integrali
Risposta: I = 6,963
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) = e0,5x/0,5
Valuta agli estremi
I = (e1,5 − 1)/0,5 = (4,482 − 1)/0,5 = 6,963
Risposta
I = 6,963
6.Integrali
Risposta: A = 2,667
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
2x2 = 4x → x = 0, x = 2
Integra superiore meno inferiore
A = [2x2 − 0,6667x3]02 = 2,667
Risposta
A = 2,667
7.Numeri complessi
Risposta: Re(w) = −0,2588
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.
Modulo e argomento di w
|w| = 4 / 4 = 1
θ = −60° − 45° = −105°
Forma cartesiana
Re(w) = 1·cos(−105°) = −0,2588
Im(w) = 1·sin(−105°) = −0,9659
Re(w) = −0,2588
Risposta
Re(w) = −0,2588
8.Numeri complessi
Risposta: Im(z₀) = −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.
Modulo delle radici
41/2 = 2
Argomento della radice
θ₀ = (−60° + 360°·0)/2 = −30°
Forma cartesiana
z₀ = 2·(cos −30° + j sin −30°) = 1,732 − j1
Im(z₀) = −1
Risposta
Im(z₀) = −1
Le 2 radici giacciono sulla circonferenza di raggio 2, a distanza angolare di 180°.
9.Equazioni differenziali
Risposta: T = 22,82 °C
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.
Soluzione della legge di raffreddamento
T(t) = 19 + 68·e−0,12t
Sostituisci t
T(24) = 19 + 68·0,05613 = 22,82 °C
Risposta
T = 22,82 °C
10.Equazioni differenziali
Risposta: y(1.5) = 10,93
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 = −9, M₁₂ = 3, M₁₃ = −10
Sviluppo di Laplace
det A = 5·(−9) − 0·3 + (−2)·(−10) = −25
Risposta
det A = −25
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: compb a = −0,8963
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)·(−6) + 5·(−5) + (−1)·0 = −7
Lunghezza di b
|b| = √((−6)² + (−5)² + 0²) = 7,81
Proiezione scalare
compb a = a·b/|b| = −7/7,81 = −0,8963
Risposta
compb a = −0,8963
Negativa: a ha una componente rivolta contro b.
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: (a × b)x = −7
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.
Controllo: a × b è perpendicolare a entrambi i vettori, quindi il suo prodotto scalare con a e con b è nullo.
15.Probabilità
Risposta: σ = 11,52
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: 4 (p = 0,1), 49 (p = 0,02), −1 (p = 0,88)
Valore atteso
E(G) = 4·0,1 + 49·0,02 − 1·0,88 = 0,5 €
Risposta
E(G) = 0,5 €
Un valore positivo significa che in media guadagni denaro.
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 15,4
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 = 1,5
Tavola della normale standard
Φ(1,5) = 0,9332
P = 0,9332
Risposta
P = 0,9332
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.
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).