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)/(4x²), con x in radianti.
f(x) = (1 − cos 3x)/(4x²)x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = ln(2x2 + 4). Trova f′(1).
f(x) = ln(2x2 + 4)x = 1
f′(1) =
4.DerivateDifficile
Sia f(x) = x3 − 12x2 + 36x + 2. Trova l'ascissa x del minimo locale.
f(x) = x3 − 12x2 + 36x + 2
x =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫₀2 x·sin x dx (x in radianti).
∫₀2 x·sin x dx
I =
6.IntegraliDifficile
Trova l'area A della regione delimitata da y = x2 e y = 4x.
y = x2y = 4x
A =
7.Numeri complessiMedia
Il diagramma mostra z = 3 + j3. Con w = 0,5∠90°, clicca il punto che rappresenta z/w.
z = 3 + j3w = 0,5∠90°
1A (6 − j6)
2B (6 + j6)
3C (3 − j3)
4D (−6 + j6)
8.Numeri complessiDifficile
Esattamente uno dei punti A–D è una radice di z³ = 27∠−90°. Cliccalo.
w = 27∠−90°n = 3
1A (3∠90°)
2B (3∠150°)
3C (1,5∠90°)
4D (3∠−90°)
9.Equazioni differenzialiMedia
Risolvi y″ + 2y′ + y = 0 con y(0) = 5 e y′(0) = -2. Trova y(0,5).
y″ + 2y′ + y = 0y(0) = 5y′(0) = -2
y(0.5) =
10.Equazioni differenzialiDifficile
Un serbatoio contiene 200 L di acqua pura. Una salamoia con 0,05 kg di sale per litro entra a 10 L/min, e la soluzione ben miscelata esce con la stessa portata. Quanto sale m c’è nel serbatoio dopo 30 min?
V = 200 Lm0 = 0 kgc = 0,05 kg/Lr = 10 L/min
m = kg
11.Matrici e determinantiMedia
Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.
A = [3 0 2; −1 −5 −3; −1 −5 −4]
det A =
12.Matrici e determinantiDifficile
Risolvi il sistema 2x − 3y = −11 e −x − 6y = 5. Trova x.
2x − 3y = −11−x − 6y = 5
x =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Trova la proiezione scalare compb a di a = (−1, 5, −1) su b = (−1, −3, 6), cioè la componente di a nella direzione di b.
a = (−1, 5, −1)b = (−1, −3, 6)
compb a =
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Trova l’area A del triangolo con vertici A(−1, −3, 4), B(−1, −4, −4) e C(−1, 3, −4). Le coordinate sono in metri.
A(−1, −3, 4)B(−1, −4, −4)C(−1, 3, −4)
A = m²
15.ProbabilitàMedia
Per la distribuzione mostrata, trova la deviazione standard σ di X.
x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,35, 0,25, 0,05, 0,35
σ =
16.ProbabilitàDifficile
Si collaudano 10 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 = 10p = 0,4
P =
17.Statistica descrittivaMedia
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 44, 14, 56, 59, 42, 36, 55.
n = 7
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 15. Trova il punteggio z z di un voto pari a 72,5.
μ = 50σ = 15x = 72,5
z =
19.Distribuzione normaleMedia
X è normale con media 60 s e deviazione standard 5 s; Y è indipendente e normale con media 45 s e deviazione standard 4 s. Trova la probabilità P che X + Y sia maggiore di 117,8 s. Arrotonda z a due decimali.
μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 117,8 s
P =
20.Distribuzione normaleDifficile
Supponi che le altezze degli uomini adulti abbiano una distribuzione normale con media 178 cm e deviazione standard 7 cm. Trova il valore x sotto il quale si trova il 99 % dei dati (il 99° percentile).
μ = 178σ = 7P = 99%
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 = 1,125
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/(8x) → 0/0
Seconda applicazione
9·cos 3x/8
Sostituisci x = 0
L = 9/8 = 1,125
Risposta
L = 1,125
3.Derivate
Risposta: f′(1) = 0,6667
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) = 4x/(2x2 + 4)
Sostituisci
f′(1) = 4/6 = 0,6667
Risposta
f′(1) = 0,6667
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 − 24x + 36 = 3·(x2 − 8x + 12)
Risolvi f′(x) = 0
x = 2 oppure x = 6
Qual è quale
f″(x) = 6x − 24: negativa in un massimo, positiva in un minimo.
f″(2) = −12, f″(6) = 12
x = 6
Risposta
x = 6
5.Integrali
Risposta: I = 1,742
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
(−2·cos 2 + sin 2) − (0 + 0) = 1,742
Risposta
I = 1,742
6.Integrali
Risposta: A = 10,67
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
x2 = 4x → x = 0, x = 4
Integra superiore meno inferiore
A = [2x2 − 0,3333x3]04 = 10,67
Risposta
A = 10,67
7.Numeri complessi
Risposta: A (6 − j6)
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| = |z|/0,5, arg(z/w) = arg z − 90°
Il punto
z/w = 6 − j6 → A
Risposta
A (6 − j6)
8.Numeri complessi
Risposta: A (3∠90°)
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| = 3
θ = −30°, 90°, −150°
Il punto
A = 3∠90°
Risposta
A (3∠90°)
9.Equazioni differenziali
Risposta: y(0.5) = 3,942
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 + 1)² = 0 → r = −1
Costanti
A = y(0) = 5
y′(0) = B − 1A → B = -2 + 5 = 3
Calcola
y(0,5) = (5 + 3·0,5)·e−0,5 = 3,942
Risposta
y(0,5) = 3,942
10.Equazioni differenziali
Risposta: m = 7,769 kg
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.
Imposta l’equazione
dm/dt = 10·0,05 − (10/200)·m = 0,5 − 0,05·m
Risolvi
Il fattore integrante è ert/V; la soluzione tende all’equilibrio c·V.
m(t) = 10 + (−10)·e−t/20
Sostituisci t
m(30) = 10 + (−10)·0,2231 = 7,769 kg
Risposta
m = 7,769 kg
11.Matrici e determinanti
Risposta: det A = 15
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 = 1, M₁₃ = 0
Sviluppo di Laplace
det A = 3·5 − 0·1 + 2·0 = 15
Risposta
det A = 15
12.Matrici e determinanti
Risposta: x = −5,4
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 = 2·(−6) − (−3)·(−1) = −15
Sostituisci la colonna di x
det Aₓ = (−11)·(−6) − (−3)·5 = 81
x = 81/(−15) = −5,4
Risposta
x = −5,4
y = 0,06667
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: compb a = −2,949
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 = (−1)·(−1) + 5·(−3) + (−1)·6 = −20
Lunghezza di b
|b| = √((−1)² + (−3)² + 6²) = 6,782
Proiezione scalare
compb a = a·b/|b| = −20/6,782 = −2,949
Risposta
compb a = −2,949
Negativa: a ha una componente rivolta contro b.
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: A = 28 m²
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.
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 = 1·0,35 + 2·0,25 + 3·0,05 + 4·0,35 = 2,4
Media dei quadrati
E(X²) = 1·0,35 + 4·0,25 + 9·0,05 + 16·0,35 = 7,4
Varianza
Var(X) = 7,4 − 2,4² = 1,64
σ = √1,64 = 1,281
Risposta
σ = 1,281
16.Probabilità
Risposta: P = 0,04636
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) = 0,610 = 0,006047
P(X = 1) = 10·0,4·0,69 = 0,04031
Sommale
P = 0,006047 + 0,04031 = 0,04636
Risposta
P = 0,04636
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 15,59
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 = (72,5 − 50)/15 = 1,5
Risposta
z = 1,5
19.Distribuzione normale
Risposta: P = 0,02275
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).
Distribuzione della somma
μ = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6,403 s
Standardizza
z = (117,8 − 105)/6,403 = 2
Coda superiore
P = 1 − Φ(2) = 1 − 0,9772 = 0,02275
Risposta
P = 0,02275
20.Distribuzione normale
Risposta: x = 194,3 cm
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.