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→∞ (5x3 + 2x − 1)/(4x3 + 5x + 7).
f(x) = (5x3 + 2x − 1)/(4x3 + 5x + 7)x → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 (1 − cos 2x)/(3x²), con x in radianti.
f(x) = (1 − cos 2x)/(3x²)x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = ln(3x2 + 2). Trova f′(3).
f(x) = ln(3x2 + 2)x = 3
f′(3) =
4.DerivateDifficile
Sia f(x) = x3 − 1,5x2 − 6x − 6. Trova l'ascissa x del minimo locale.
f(x) = x3 − 1,5x2 − 6x − 6
x =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫₀π x·sin x dx (x in radianti).
∫₀π x·sin x dx
I =
6.IntegraliDifficile
Trova l'area A della regione delimitata da y = x2 e y = 3x.
y = x2y = 3x
A =
7.Numeri complessiMedia
Scrivi z = 5∠35° in forma cartesiana a + jb e dai la parte immaginaria b.
r = 5θ = 35°
b =
8.Numeri complessiDifficile
Le radici di zⁿ = w con n = 3 e w = 64∠45° sono zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Trova l’argomento di z₀ in gradi, tra −180° e 180°.
w = 64∠45°n = 3k = 0
θ₀ = °
9.Equazioni differenzialiMedia
Risolvi y″ + 3y′ + 2y = 0 con y(0) = 4 e y′(0) = 2. Trova y(0,5).
y″ + 3y′ + 2y = 0y(0) = 4y′(0) = 2
y(0.5) =
10.Equazioni differenzialiDifficile
Risolvi y′ + 3y = 8e−t con y(0) = 3. Trova y(0,5).
y′ + 3y = 8e−ty(0) = 3
y(0.5) =
11.Matrici e determinantiMedia
Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.
A = [−1 2 −3; 4 0 1; 3 5 −3]
det A =
12.Matrici e determinantiDifficile
Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.
A = [1 −4; −4 1]
λ =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Una forza costante F = (15, −15, 25) N agisce su un oggetto mentre si muove in linea retta dal punto A(−5, 4, 0) al punto B(5, −4, −1). Le coordinate sono in metri. Trova il lavoro W compiuto dalla forza.
F = (15, −15, 25) NA(−5, 4, 0) mB(5, −4, −1) m
W = J
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Il versore n̂ è perpendicolare sia a a = (2, 0, −3) sia a b = (−2, 3, 3) e ha componente z positiva. Trova la sua componente x n̂x.
a = (2, 0, −3)b = (−2, 3, 3)n̂z > 0
n̂x =
15.ProbabilitàMedia
Per la distribuzione mostrata, trova la deviazione standard σ di X.
x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,15, 0,2, 0,35, 0,3
σ =
16.ProbabilitàDifficile
Giocare a un gioco costa 5 €. Si vincono 25 € con probabilità 0,2 e 250 € con probabilità 0,05; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.
posta = €5€25: p = 0,2€250: p = 0,05
E(G) = €
17.Statistica descrittivaMedia
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 52, 45, 57, 48, 51, 19.
n = 6
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
Una grandezza ha distribuzione normale con media 170 e deviazione standard 12. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 160,4?
μ = 170σ = 12x = 160,4
P =
19.Distribuzione normaleMedia
Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,4448. Trova z con due decimali.
A = 0,4448
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 = 1,25
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).
Dividi per la potenza più alta
(5 + 2/x2 + (−1)/x3)/(4 + 5/x2 + 7/x3)
Fai tendere x → ∞
L = 5/4 = 1,25
Risposta
L = 1,25
A gradi uguali il limite è il rapporto dei coefficienti direttivi.
2.Limiti
Risposta: L = 0,6667
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/(6x) → 0/0
Seconda applicazione
4·cos 2x/6
Sostituisci x = 0
L = 4/6 = 0,6667
Risposta
L = 0,6667
3.Derivate
Risposta: f′(3) = 0,6207
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 per il logaritmo
f′(x) = 6x/(3x2 + 2)
Sostituisci
f′(3) = 18/29 = 0,6207
Risposta
f′(3) = 0,6207
4.Derivate
Risposta: x = 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.
Derivata
f′(x) = 3x2 − 3x − 6 = 3·(x2 − x − 2)
Risolvi f′(x) = 0
x = −1 oppure x = 2
Qual è quale
f″(x) = 6x − 3: negativa in un massimo, positiva in un minimo.
f″(−1) = −9, f″(2) = 9
x = 2
Risposta
x = 2
5.Integrali
Risposta: I = 3,142
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 = x, du = dx; dv = sin x dx, v = −cos x
Primitiva
∫x sin x dx = −x cos x + ∫cos x dx = −x cos x + sin x
Limiti
(−π·cos π + sin π) − (0 + 0) = 3,142
Risposta
I = 3,142
6.Integrali
Risposta: A = 4,5
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
x2 = 3x → x = 0, x = 3
Integra superiore meno inferiore
A = [1,5x2 − 0,3333x3]03 = 4,5
Risposta
A = 4,5
7.Numeri complessi
Risposta: b = 2,868
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 = 5·cos(35°) = 4,096
b = 5·sin(35°) = 2,868
Forma cartesiana
z = 4,096 + j2,868
b = 2,868
Risposta
b = 2,868
8.Numeri complessi
Risposta: θ₀ = 15 °
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
641/3 = 4
Argomento della radice
θ₀ = (45° + 360°·0)/3 = 15°
Argomento
θ₀ = 15°
Risposta
θ₀ = 15°
Le 3 radici giacciono sulla circonferenza di raggio 4, a distanza angolare di 120°.
9.Equazioni differenziali
Risposta: y(0.5) = 3,858
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 + 2) = 0 → r = −1, −2
Costanti dai valori iniziali
A + B = 4, −1A − 2B = 2
A = 10, B = −6
Calcola
y(0,5) = 10·e−0,5 + (−6)·e−1 = 3,858
Risposta
y(0,5) = 3,858
10.Equazioni differenziali
Risposta: y(0.5) = 2,203
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 = e3t
(e3ty)′ = 8e2t
Soluzione generale
y = 8/2·e−t + C·e−3t = 4·e−t + C·e−3t
Condizione iniziale
3 = 4 + C → C = −1
Calcola
y(0,5) = 4·0,6065 + (−1)·0,2231 = 2,203
Risposta
y(0,5) = 2,203
11.Matrici e determinanti
Risposta: det A = −25
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 = −5, M₁₂ = −15, M₁₃ = 20
Sviluppo di Laplace
det A = (−1)·(−5) − 2·(−15) + (−3)·20 = −25
Risposta
det A = −25
12.Matrici e determinanti
Risposta: λ = 5
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 + (−15) = 0
Risolvi
λ = (2 ± √(64))/2 → λ = −3, 5
λ = 5
Risposta
λ = 5
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: W = 245 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, −4, −1) − (−5, 4, 0) = (10, −8, −1) m
Lavoro
W = F·d = 15·10 + (−15)·(−8) + 25·(−1) = 245 J
Risposta
W = 245 J
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: n̂x = 0,8321
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
(a × b)x = aybz − azby = 0·3 − (−3)·3 = 9
(a × b)y = azbx − axbz = (−3)·(−2) − 2·3 = 0
(a × b)z = axby − aybx = 2·3 − 0·(−2) = 6
Normalizza
La componente z di a × b è già positiva.
|a × b| = √(9² + 0² + 6²) = 10,82
n̂ = (9, 0, 6)/10,82 = (0,8321, 0, 0,5547)
n̂x = 0,8321
Risposta
n̂x = 0,8321
15.Probabilità
Risposta: σ = 10,3
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: 20 (p = 0,2), 245 (p = 0,05), −5 (p = 0,75)
Valore atteso
E(G) = 20·0,2 + 245·0,05 − 5·0,75 = 12,5 €
Risposta
E(G) = 12,5 €
Un valore positivo significa che in media guadagni denaro.
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 13,52
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 = −0,8
Tavola della normale standard
Φ(−0,8) = 0,2119
P = 0,2119
Risposta
P = 0,2119
19.Distribuzione normale
Risposta: z = 0,59
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 + 0,4448)/2 = 0,7224
Leggi la tabella z al contrario
Trova 0,7224 dentro la tabella e leggi z.
z = 0,59
Risposta
z = 0,59
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).