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 − 8)/(x2 + 3x + 3).
f(x) = (−x2 + 2x − 8)/(x2 + 3x + 3)x → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 ln(1 + x)/sin(4x), con x in radianti.
f(x) = ln(1 + x)/sin(4x)x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = x2·e0,5x. Trova f′(0,5).
f(x) = x2·e0,5xx = 0,5
f′(0.5) =
4.DerivateDifficile
La retta tangente a f(x) = x2 − x + 5 in x = 3 interseca l'asse y in y = b. Trova b.
f(x) = x2 − x + 5x = 3
b =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫01 2x·(x² + 1)2 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 1]
I =
6.IntegraliDifficile
Trova l'area A della regione delimitata da y = 0,5x2 e y = 4x.
y = 0,5x2y = 4x
A =
7.Numeri complessiMedia
Dati z₁ = 1,5∠150° e z₂ = 1,5∠−25°, trova la parte immaginaria di w = z₁·z₂.
z₁ = 1,5∠150°z₂ = 1,5∠−25°
Im(w) =
8.Numeri complessiDifficile
Risolvi z² + 3z + 18,25 = 0. Le radici sono a ± jb; trova la parte reale a.
p = 3q = 18,25
a =
9.Equazioni differenzialiMedia
Una lattina di bibita a 3 °C viene tolta dal frigorifero e portata in una stanza a 29 °C. Dopo 9 min la sua temperatura è 14 °C. Segue la legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Trova la costante k in min⁻¹.
T0 = 3 °CTa = 29 °CT(9) = 14 °C
k = min⁻¹
10.Equazioni differenzialiDifficile
Un sistema obbedisce a y″ + y′ + 9,25y = 18,5 per t ≥ 0, partendo da fermo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Trova y(1,5); angoli in radianti.
y″ + y′ + 9,25y = 18,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(1.5) =
11.Matrici e determinantiMedia
Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.
A = [2 −5 2; −3 −3 4; 1 −4 −2]
det A =
12.Matrici e determinantiDifficile
Risolvi il sistema 3x − y = −2 e x − 5y = 10. Trova x.
3x − y = −2x − 5y = 10
x =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Una forza costante F = (−5, 20, 10) N agisce su un oggetto mentre si muove in linea retta dal punto A(4, 0, 4) al punto B(−5, 2, 0). Le coordinate sono in metri. Trova il lavoro W compiuto dalla forza.
F = (−5, 20, 10) NA(4, 0, 4) mB(−5, 2, 0) m
W = J
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Per a = (−5, −2, 5) e b = (4, −6, 0), trova la componente x (a × b)x del prodotto vettoriale a × b.
a = (−5, −2, 5)b = (4, −6, 0)
(a × b)x =
15.ProbabilitàMedia
Per la distribuzione mostrata, trova la deviazione standard σ di X.
x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,1
σ =
16.ProbabilitàDifficile
X ha la distribuzione mostrata e Y = 3X + 5. Trova la deviazione standard σY di Y.
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 17, 43, 24, 45, 47.
n = 5
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 10. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 54?
μ = 50σ = 10x = 54
P =
19.Distribuzione normaleMedia
Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,7088. Trova z con due decimali.
A = 0,7088
z =
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 = −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).
Dividi per la potenza più alta
(−1 + 2/x + (−8)/x2)/(1 + 3/x + 3/x2)
Fai tendere x → ∞
L = −1/1 = −1
Risposta
L = −1
A gradi uguali il limite è il rapporto dei coefficienti direttivi.
2.Limiti
Risposta: L = 0,25
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).
Regola di de l’Hôpital
L = limx→0 [1/(1 + x)]/[4·cos 4x]
Sostituisci x = 0
L = 1/4 = 0,25
Risposta
L = 0,25
3.Derivate
Risposta: f′(0.5) = 1,445
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′ = e0,5x·(2x + 0,5·x2)
Sostituisci
f′(0,5) = 1,284·(1 + 0,125) = 1,445
Risposta
f′(0,5) = 1,445
4.Derivate
Risposta: b = −4
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(3) = 11
f′(x) = 2x − 1 → f′(3) = 5
Retta tangente in x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 11 − 5·3 = −4
Risposta
b = −4
5.Integrali
Risposta: I = 2,333
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.
Sostituzione
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u2 du
Integra e valuta
I = [u3/3]12 = (8 − 1)/3 = 2,333
Risposta
I = 2,333
6.Integrali
Risposta: A = 42,67
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
0,5x2 = 4x → x = 0, x = 8
Integra superiore meno inferiore
A = [2x2 − 0,1667x3]08 = 42,67
Risposta
A = 42,67
7.Numeri complessi
Risposta: Im(w) = 1,843
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| = 1,5 · 1,5 = 2,25
θ = 150° + (−25)° = 125°
Forma cartesiana
Re(w) = 2,25·cos(125°) = −1,291
Im(w) = 2,25·sin(125°) = 1,843
Im(w) = 1,843
Risposta
Im(w) = 1,843
8.Numeri complessi
Risposta: a = −1,5
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.
Discriminante
p² − 4q = 9 − 73 = −64 < 0
Formula risolutiva
z = (−3 ± j√64)/2 = −1,5 + j4, −1,5 − j4
Risposta
a = −1,5
Risposta
a = −1,5
9.Equazioni differenziali
Risposta: k = 0,06112 min⁻¹
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.
Rapporto delle differenze di temperatura
e−9k = -15/-26
Risolvi per k
k = ln(-26/-15)/9 = 0,06112 min⁻¹
Risposta
k = 0,06112 min⁻¹
10.Equazioni differenziali
Risposta: y(1.5) = 2,353
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 = 22, M₁₂ = 2, M₁₃ = 15
Sviluppo di Laplace
det A = 2·22 − (−5)·2 + 2·15 = 84
Risposta
det A = 84
12.Matrici e determinanti
Risposta: x = −1,429
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 = 3·(−5) − (−1)·1 = −14
Sostituisci la colonna di x
det Aₓ = (−2)·(−5) − (−1)·10 = 20
x = 20/(−14) = −1,429
Risposta
x = −1,429
y = −2,286
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: W = 45 J
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.
Spostamento
d = B − A = (−5, 2, 0) − (4, 0, 4) = (−9, 2, −4) m
Lavoro
W = F·d = (−5)·(−9) + 20·2 + 10·(−4) = 45 J
Risposta
W = 45 J
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: (a × b)x = 30
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 = (−2)·0 − 5·(−6) = 30
(a × b)y = azbx − axbz = 5·4 − (−5)·0 = 20
(a × b)z = axby − aybx = (−5)·(−6) − (−2)·4 = 38
Componente richiesta
(a × b)x = 30
Risposta
(a × b)x = 30
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 = 1,225
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.
Dispersione di X
μ = 3,2, Var(X) = 1,36, σX = 1,166
Trasformazione lineare
σY = |3|·1,166 = 3,499
Risposta
σY = 3,499
La media invece si sposta: E(Y) = 3·3,2 + 5 = 14,6.
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 13,72
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 = 0,4
Tavola della normale standard
Φ(0,4) = 0,6554
P = 0,6554
Risposta
P = 0,6554
19.Distribuzione normale
Risposta: z = −0,55
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 − 0,7088 = 0,2912
Leggi la tabella z al contrario
Trova 0,2912 dentro la tabella e leggi z.
z = −0,55
Risposta
z = −0,55
20.Distribuzione normale
Risposta: P = 0,7881
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).