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)x. Dai un valore decimale.
f(x) = (1 + 2/x)xx → ∞
L =
2.LimitiDifficile
Calcola il limite L = limx→0 (1 − cos 4x)/(2x²), con x in radianti.
f(x) = (1 − cos 4x)/(2x²)x → 0
L =
3.DerivateMedia
Sia f(x) = x3·e2x. Trova f′(0,5).
f(x) = x3·e2xx = 0,5
f′(0.5) =
4.DerivateDifficile
La retta tangente a f(x) = 2x2 in x = 3 interseca l'asse y in y = b. Trova b.
f(x) = 2x2x = 3
b =
5.IntegraliMedia
Calcola I = ∫01 e−x dx.
f(x) = e−x[0, 1]
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
Dati z₁ = 1,5∠40° e z₂ = 0,5∠20°, trova la parte reale di w = z₁·z₂.
z₁ = 1,5∠40°z₂ = 0,5∠20°
Re(w) =
8.Numeri complessiDifficile
Risolvi z² − 5z + 31,25 = 0. Le radici sono a ± jb; trova la parte reale a.
p = −5q = 31,25
a =
9.Equazioni differenzialiMedia
Una tazza di caffè a 89 °C viene lasciata in una stanza a 21 °C. Dopo 5 min la sua temperatura è 62 °C. Segue la legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo dopo l’inizio, t, impiega a raggiungere 44 °C?
T0 = 89 °CTa = 21 °CT(5) = 62 °CT = 44 °C
t = min
10.Equazioni differenzialiDifficile
Un sistema obbedisce a y″ + 3y′ + 18,25y = 182,5 per t ≥ 0, partendo da fermo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Trova il valore di picco ymax della sua risposta al gradino.
y″ + 3y′ + 18,25y = 182,5y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Matrici e determinantiMedia
Sia C = AB per le matrici mostrate. Trova l'elemento c22 (riga 2, colonna 2).
A = [−5 −4; −1 −5]B = [−3 −1; 0 0]
c22 =
12.Matrici e determinantiDifficile
Risolvi il sistema 2x − 2y = 6 e 2x + 6y = −4. Trova x.
2x − 2y = 62x + 6y = −4
x =
13.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
Trova la proiezione scalare compb a di a = (4, 0, 6) su b = (1, 4, −6), cioè la componente di a nella direzione di b.
a = (4, 0, 6)b = (1, 4, −6)
compb a =
14.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
Per a = (4, 3, 3) e b = (3, 6, −6), trova la componente x (a × b)x del prodotto vettoriale a × b.
a = (4, 3, 3)b = (3, 6, −6)
(a × b)x =
15.ProbabilitàMedia
Un sacchetto contiene 3 palline rosse e 3 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?
3 / 3
P =
16.ProbabilitàDifficile
X ha la distribuzione mostrata e Y = 5X + 4. Trova la deviazione standard σY di Y.
Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 54, 15, 16, 30, 58.
n = 5
s =
18.Statistica descrittivaDifficile
Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 20. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 34?
μ = 50σ = 20x = 34
P =
19.Distribuzione normaleMedia
Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,9615. Trova z con due decimali.
A = 0,9615
z =
20.Distribuzione normaleDifficile
I valori di le durate delle batterie sono distribuiti normalmente con media 500 h e deviazione standard 40 h. Trascina la soglia in modo che il 90% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.
μ = 500 hσ = 40 h90%
x = h
3Soluzioni
1.Limiti
Risposta: L = 7,389
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→∞ x·ln(1 + 2/x)
Calcola
ln(1 + u)/u → 1 per u → 0, quindi x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 1·2 = 2
Elimina il logaritmo
L = e2 = 7,389
Risposta
L = 7,389
2.Limiti
Risposta: L = 4
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/(4x) → 0/0
Seconda applicazione
16·cos 4x/4
Sostituisci x = 0
L = 16/4 = 4
Risposta
L = 4
3.Derivate
Risposta: f′(0.5) = 2,718
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′ = e2x·(3x2 + 2·x3)
Sostituisci
f′(0,5) = 2,718·(0,75 + 0,25) = 2,718
Risposta
f′(0,5) = 2,718
4.Derivate
Risposta: b = −18
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) = 18
f′(x) = 4x → f′(3) = 12
Retta tangente in x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 18 − 12·3 = −18
Risposta
b = −18
5.Integrali
Risposta: I = 0,6321
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.
Primitiva
F(x) = e−x/(−1)
Valuta agli estremi
I = (e−1 − 1)/(−1) = (0,3679 − 1)/(−1) = 0,6321
Risposta
I = 0,6321
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: Re(w) = 0,375
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 · 0,5 = 0,75
θ = 40° + 20° = 60°
Forma cartesiana
Re(w) = 0,75·cos(60°) = 0,375
Im(w) = 0,75·sin(60°) = 0,6495
Re(w) = 0,375
Risposta
Re(w) = 0,375
8.Numeri complessi
Risposta: a = 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 = 25 − 125 = −100 < 0
Formula risolutiva
z = (5 ± j√100)/2 = 2,5 + j5, 2,5 − j5
Risposta
a = 2,5
Risposta
a = 2,5
9.Equazioni differenziali
Risposta: t = 10,71 min
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.
Costante di raffreddamento
k = ln(68/41)/5 = 0,1012 min⁻¹
Tempo per raggiungere la temperatura desiderata
t = ln(68/23)/0,1012 = 10,71 min
Risposta
t = 10,71 min
10.Equazioni differenziali
Risposta: ymax = 13,08
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.
Valore a regime e radici
yss = 10, r = −1,5 ± 4j
Costanti dai valori iniziali
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −1,5A + 4B = 0 → B = −3,75
Picco
t = π/4 = 0,7854
ymax = 10·(1 + e−1,5·π/4) = 13,08
Risposta
ymax = 13,08
11.Matrici e determinanti
Risposta: c22 = 1
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.
Riga per colonna
c22 = (−1)·(−1) + (−5)·0 = 1
Risposta
c22 = 1
12.Matrici e determinanti
Risposta: x = 1,75
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 − (−2)·2 = 16
Sostituisci la colonna di x
det Aₓ = 6·6 − (−2)·(−4) = 28
x = 28/16 = 1,75
Risposta
x = 1,75
y = −1,25
13.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: compb a = −4,396
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 = 4·1 + 0·4 + 6·(−6) = −32
Lunghezza di b
|b| = √(1² + 4² + (−6)²) = 7,28
Proiezione scalare
compb a = a·b/|b| = −32/7,28 = −4,396
Risposta
compb a = −4,396
Negativa: a ha una componente rivolta contro b.
14.Vettori: prodotto scalare e vettoriale
Risposta: (a × b)x = −36
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 = 3·(−6) − 3·6 = −36
(a × b)y = azbx − axbz = 3·3 − 4·(−6) = 33
(a × b)z = axby − aybx = 4·6 − 3·3 = 15
Componente richiesta
(a × b)x = −36
Risposta
(a × b)x = −36
Controllo: a × b è perpendicolare a entrambi i vettori, quindi il suo prodotto scalare con a e con b è nullo.
15.Probabilità
Risposta: P = 0,2
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 = 3/6 · 2/5 = 6/30 = 0,2
Risposta
P = 0,2
16.Probabilità
Risposta: σY = 6,978
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 = 1,95, Var(X) = 1,948, σX = 1,396
Trasformazione lineare
σY = |5|·1,396 = 6,978
Risposta
σY = 6,978
La media invece si sposta: E(Y) = 5·1,95 + 4 = 13,75.
17.Statistica descrittiva
Risposta: s = 20,46
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 = 2,07
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 + 0,9615)/2 = 0,9808
Leggi la tabella z al contrario
Trova 0,9808 dentro la tabella e leggi z.
z = 2,07
Risposta
z = 2,07
20.Distribuzione normale
Risposta: x = 551 h
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.