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→∞ (1 − 2/x)3x. Dai un valore decimale.
f(x) = (1 − 2/x)3xx → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 (1 − cos 4x)/(x²), con x in radianti.
f(x) = (1 − cos 4x)/(x²)x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = ln(3x2 + 4). Trova f′(2).
f(x) = ln(3x2 + 4)x = 2
f′(2) =
4.DerivateDifficile
La retta tangente a f(x) = −x2 + 6 in x = 2 interseca l'asse y in y = b. Trova b.
f(x) = −x2 + 6x = 2
b =
5.IntegraliMedia
La regione sotto y = √(x) da x = 0 a x = 1 viene ruotata attorno all’asse x. Trova il volume V del solido (un paraboloide).
y = √(x)0 ≤ x ≤ 1
V =
6.IntegraliDifficile
Trova l'area A della regione delimitata da y = x2 e y = 2x.
y = x2y = 2x
A =
7.Numeri complessiMedia
Il numero z = 2,5·ej2 ha l’angolo in radianti. Trova la sua parte reale a.
r = 2,5θ = 2 rad
a =
8.Numeri complessiDifficile
Risolvi z² + 3z + 8,5 = 0. Le radici sono a ± jb; trova b > 0.
p = 3q = 8,5
b =
9.Equazioni differenzialiMedia
Risolvi y″ + 8y′ + 15y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = 2. Trova y(0,5).
y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 3y′(0) = 2
y(0.5) =
10.Equazioni differenzialiDifficile
Risolvi il problema ai valori iniziali y′ + y/x = 6 per x > 0, con y(1) = 1. Trova y(3).
y′ + y/x = 6y(1) = 1
y(3) =
11.Matrici e determinantiMedia
Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.
A = [5 4 3; −4 3 −4; −3 −3 −3]
det A =
12.Matrici e determinantiDifficile
Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.
A = [1 −1; −9 1]
λ =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Una forza costante F = (20, 0, 10) N agisce su un oggetto mentre si muove in linea retta dal punto A(4, −1, −1) al punto B(−5, 2, 5). Le coordinate sono in metri. Trova il lavoro W compiuto dalla forza.
F = (20, 0, 10) NA(4, −1, −1) mB(−5, 2, 5) m
W = J
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Una forza F = (−20, −30, −60) N agisce nel punto A(3, 1, −1). Le coordinate sono in metri. Trova la componente z Mz del momento della forza rispetto a il punto O(−1, −3, −2).
F = (−20, −30, −60) NA(3, 1, −1) mO(−1, −3, −2) m
Mz = N·m
15.ProbabilitàMedia
In quanti modi N si può scegliere un comitato di 4 persone da un gruppo di 12? L'ordine non conta.
n = 12k = 4
N =
16.ProbabilitàDifficile
X ha la distribuzione mostrata e Y = 10X + 20. Trova la deviazione standard σY di Y.
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 48, 21, 59, 40, 20.
n = 5
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
I voti di un esame hanno distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 5. Trova il punteggio z z di un voto pari a 54.
μ = 60σ = 5x = 54
z =
19.Distribuzione normaleMedia
X è normale con media 250 g e deviazione standard 4 g; Y è indipendente e normale con media 500 g e deviazione standard 9 g. Trova la probabilità P che X + Y sia maggiore di 769,7 g. Arrotonda z a due decimali.
μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 769,7 g
P =
20.Distribuzione normaleDifficile
I valori di i pesi dei sacchetti sono distribuiti normalmente con media 250 g e deviazione standard 5 g. Trascina la soglia in modo che il 80% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.
μ = 250 gσ = 5 g80%
x = g
3Soluzioni
1.Limiti
Risposta: L = 0,002479
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).
Prendi il logaritmo
ln L = limx→∞ 3·x·ln(1 − 2/x)
Calcola
ln(1 + u)/u → 1 per u → 0, quindi x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 3·(−2) = −6
Elimina il logaritmo
L = e−6 = 0,002479
Risposta
L = 0,002479
2.Limiti
Risposta: L = 8
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
4·sin 4x/(2x) → 0/0
Seconda applicazione
16·cos 4x/2
Sostituisci x = 0
L = 16/2 = 8
Risposta
L = 8
3.Derivate
Risposta: f′(2) = 0,75
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 + 4)
Sostituisci
f′(2) = 12/16 = 0,75
Risposta
f′(2) = 0,75
4.Derivate
Risposta: b = 10
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) = 2
f′(x) = −2x → f′(2) = −4
Retta tangente in x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 2 − (−4)·2 = 10
Risposta
b = 10
5.Integrali
Risposta: V = 1,571
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.
Metodo dei dischi
V = π∫₀1 x dx
Integra
V = π·1·1²/2 = 1,571
Risposta
V = 1,571
6.Integrali
Risposta: A = 1,333
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.
Punti di intersezione
x2 = 2x → x = 0, x = 2
Integra superiore meno inferiore
A = [x2 − 0,3333x3]02 = 1,333
Risposta
A = 1,333
7.Numeri complessi
Risposta: a = −1,04
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.
Formula di Eulero
z = 2,5·(cos 2 + j sin 2)
Componenti (radianti)
a = 2,5·cos 2 = −1,04
b = 2,5·sin 2 = 2,273
a = −1,04
Risposta
a = −1,04
8.Numeri complessi
Risposta: b = 2,5
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 − 34 = −25 < 0
Formula risolutiva
z = (−3 ± j√25)/2 = −1,5 + j2,5, −1,5 − j2,5
Risposta
b = 2,5
Risposta
b = 2,5
9.Equazioni differenziali
Risposta: y(0.5) = 1,445
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 + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5
Costanti dai valori iniziali
A + B = 3, −3A − 5B = 2
A = 8,5, B = −5,5
Calcola
y(0,5) = 8,5·e−1,5 + (−5,5)·e−2,5 = 1,445
Risposta
y(0,5) = 1,445
10.Equazioni differenziali
Risposta: y(3) = 8,333
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 = e∫1/x dx = x1
Integra
(x1y)′ = 6x → x1y = 6x2/2 + C
Condizione iniziale
1 = 6/2 + C → C = −2
Calcola
y(3) = (6·32/2 + (−2))/31 = 8,333
Risposta
y(3) = 8,333
11.Matrici e determinanti
Risposta: det A = −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.
Minori 2×2 della prima riga
M₁₁ = −21, M₁₂ = 0, M₁₃ = 21
Sviluppo di Laplace
det A = 5·(−21) − 4·0 + 3·21 = −42
Risposta
det A = −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 − (2)λ + (−8) = 0
Risolvi
λ = (2 ± √(36))/2 → λ = −2, 4
λ = 4
Risposta
λ = 4
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: W = −120 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, 5) − (4, −1, −1) = (−9, 3, 6) m
Lavoro
W = F·d = 20·(−9) + 0·3 + 10·6 = −120 J
Risposta
W = −120 J
Lavoro negativo: la forza agisce per lo più contro il moto.
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: Mz = −40 N·m
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.
Vettore posizione da O ad A
r = A − O = (3, 1, −1) − (−1, −3, −2) = (4, 4, 1) m
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.
Combinazioni
C(12, 4) = (12·11·10·9)/(4·3·2·1) = 495
Risposta
N = 495
16.Probabilità
Risposta: σY = 107,1
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 = 25,5, Var(X) = 114,8, σX = 10,71
Trasformazione lineare
σY = |10|·10,71 = 107,1
Risposta
σY = 107,1
La media invece si sposta: E(Y) = 10·25,5 + 20 = 275.
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 17,01
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 = (54 − 60)/5 = −1,2
Risposta
z = −1,2
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 = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9,849 g
Standardizza
z = (769,7 − 750)/9,849 = 2
Coda superiore
P = 1 − Φ(2) = 1 − 0,9772 = 0,02275
Risposta
P = 0,02275
20.Distribuzione normale
Risposta: x = 245,8 g
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.