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 (e−2x − 1 + 2x)/x².
f(x) = (e−2x − 1 + 2x)/x²x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = (−2x + 5)4. Trova f′(2).
f(x) = (−2x + 5)4x = 2
f′(2) =
4.DerivateDifficile
La retta tangente a f(x) = −x2 + 1 in x = 2 interseca l'asse y in y = b. Trova b.
f(x) = −x2 + 1x = 2
b =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫₀1 x·sin x dx (x in radianti).
∫₀1 x·sin x dx
I =
6.IntegraliDifficile
Trova l'area A della regione tra la parabola y = 9 − x² e l'asse x.
y = 9 − x²
A =
7.Numeri complessiMedia
Il diagramma mostra z = −2 + j2. Con w = 2∠180°, clicca il punto che rappresenta z·w.
z = −2 + j2w = 2∠180°
1A (2 − j2)
2B (4 − j4)
3C (−4 + j4)
4D (1 − j)
8.Numeri complessiDifficile
Una radice di z³ − 6z² + 16z − 16 = 0 è z₁ = 2 + j2. I coefficienti sono reali. Trova la radice reale r.
z₁ = 2 + j2
r =
9.Equazioni differenzialiMedia
Una lattina di bibita a 5 °C viene tolta dal frigorifero e portata in una stanza a 23 °C. Dopo 17 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 = 5 °CTa = 23 °CT(17) = 14 °C
k = min⁻¹
10.Equazioni differenzialiDifficile
Risolvi il problema ai valori iniziali y′ + 2y/x = 2x per x > 0, con y(1) = −3. Trova y(3).
y′ + 2y/x = 2xy(1) = −3
y(3) =
11.Matrici e determinantiMedia
Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.
A = [5 4 2; −4 5 −3; −1 −4 3]
det A =
12.Matrici e determinantiDifficile
Risolvi il sistema x + 4y = 4 e −6x + 4y = −6. Trova x.
x + 4y = 4−6x + 4y = −6
x =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Trova l’angolo θ tra i vettori a = (5, 0, 1) e b = (3, −2, −3), in gradi.
a = (5, 0, 1)b = (3, −2, −3)
θ = °
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Trova l’area A del parallelogramma generato da a = (1, 4, −2) e b = (1, −4, −2).
a = (1, 4, −2)b = (1, −4, −2)
A =
15.ProbabilitàMedia
Un sacchetto contiene 4 palline rosse e 6 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?
4 / 6
P =
16.ProbabilitàDifficile
X ha la distribuzione mostrata e Y = 0,5X + 1. Trova la deviazione standard σY di Y.
x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3Y = 0,5X + 1
σY =
17.Statistica descrittivaMedia
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 37, 14, 16, 34, 23, 22.
n = 6
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 12. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 44?
μ = 50σ = 12x = 44
P =
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
I valori di i punteggi del QI sono distribuiti normalmente con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Trascina la soglia in modo che il 15% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.
μ = 100 puntiσ = 15 punti15%
x = punti
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·e−2x + 2)/(2x) → 0/0
Seconda applicazione
4·e−2x/2
Sostituisci x = 0
L = 4·1/2 = 2
Risposta
L = 2
3.Derivate
Risposta: f′(2) = −8
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
f′(x) = 4·(−2x + 5)3·(−2)
Sostituisci
f′(2) = 4·13·(−2) = −8
Risposta
f′(2) = −8
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(2) = −3
f′(x) = −2x → f′(2) = −4
Retta tangente in x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −3 − (−4)·2 = 5
Risposta
b = 5
5.Integrali
Risposta: I = 0,3012
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
(−1·cos 1 + sin 1) − (0 + 0) = 0,3012
Risposta
I = 0,3012
6.Integrali
Risposta: A = 36
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.
Zeri
9 − x² = 0 → x = ±3
Integra
A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36
Risposta
A = 36
7.Numeri complessi
Risposta: B (4 − j4)
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| = 2·|z|, arg(z·w) = arg z + 180°
Il punto
z·w = 4 − j4 → B
Risposta
B (4 − j4)
8.Numeri complessi
Risposta: r = 2
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.
Verifica con la somma delle radici: z₁ + z₂ + r = 4 + 2 = 6 = −(−6).
9.Equazioni differenziali
Risposta: k = 0,04077 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−17k = -9/-18
Risolvi per k
k = ln(-18/-9)/17 = 0,04077 min⁻¹
Risposta
k = 0,04077 min⁻¹
10.Equazioni differenziali
Risposta: y(3) = 4,111
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∫2/x dx = x2
Integra
(x2y)′ = 2x3 → x2y = 2x4/4 + C
Condizione iniziale
−3 = 2/4 + C → C = −3,5
Calcola
y(3) = (2·34/4 + (−3,5))/32 = 4,111
Risposta
y(3) = 4,111
11.Matrici e determinanti
Risposta: det A = 117
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 = 3, M₁₂ = −15, M₁₃ = 21
Sviluppo di Laplace
det A = 5·3 − 4·(−15) + 2·21 = 117
Risposta
det A = 117
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 = 1·4 − 4·(−6) = 28
Sostituisci la colonna di x
det Aₓ = 4·4 − 4·(−6) = 40
x = 40/28 = 1,429
Risposta
x = 1,429
y = 0,6429
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: θ = 59,88 °
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 = 5·3 + 0·(−2) + 1·(−3) = 12
Moduli
|a| = √(5² + 0² + 1²) = 5,099
|b| = √(3² + (−2)² + (−3)²) = 4,69
Angolo
cos θ = 12/(5,099·4,69) = 0,5017
θ = arccos(0,5017) = 59,88°
Risposta
θ = 59,88°
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: A = 17,89
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 = 4·(−2) − (−2)·(−4) = −16
(a × b)y = azbx − axbz = (−2)·1 − 1·(−2) = 0
(a × b)z = axby − aybx = 1·(−4) − 4·1 = −8
Area
A = |a × b| = √((−16)² + 0² + (−8)²) = 17,89
Risposta
A = 17,89
15.Probabilità
Risposta: P = 0,1333
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.
Prima e seconda estrazione
P = 4/10 · 3/9 = 12/90 = 0,1333
Risposta
P = 0,1333
16.Probabilità
Risposta: σY = 0,4023
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 = 0,95, Var(X) = 0,6475, σX = 0,8047
Trasformazione lineare
σY = |0,5|·0,8047 = 0,4023
Risposta
σY = 0,4023
La media invece si sposta: E(Y) = 0,5·0,95 + 1 = 1,475.
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 9,352
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 = −0,5
Tavola della normale standard
Φ(−0,5) = 0,3085
P = 0,3085
Risposta
P = 0,3085
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 = 115,6 punti
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.