Decida qual forma convém à operação: retangular a + jb para somar e subtrair, polar r∠θ para multiplicar, dividir, potências e raízes.
Multiplique com j² = −1; divida multiplicando o numerador e o denominador pelo conjugado do denominador.
Converta com r = √(a² + b²) e θ a partir de um esboço do ponto (verifique o quadrante), e de volta com a = r cos θ, b = r sin θ.
Para potências use De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; para zⁿ = R∠φ liste todas as n raízes R1/n∠((φ + 360°k)/n).
Equações diferenciais
Crescimento/decaimento exponencial
dy/dt = ky → y = y0ekt
Meia-vida
k = ln 2 / t½
Lei de resfriamento de Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Fator integrante
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Tanque de mistura
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Matrizes e determinantes
determinante 2×2
det = ad − bc
Inversa 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Produto
(AB)ij = Σk AikBkj
Valores próprios
det(A − λI) = 0
Regra de Cramer
xi = det(Ai)/det(A)
Vetores: produto escalar e vetorial
Módulo
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vetor unitário
û = a/|a|
Componentes a partir de um ângulo
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Produto escalar
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Projeção escalar de a sobre b
a·b/|b|
Trabalho
W = F·d
Produto vetorial
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Áreas
paralelogramo |a × b|, triângulo ½|a × b|
Momento em relação a O
MO = r × F, r = A − O
Volume de um paralelepípedo
V = |a·(b × c)|
Método
Escreva todo vetor em componentes; para uma força dada por um módulo e um ângulo, use F·cos θ e F·sin θ.
Para comprimentos e direções use o módulo √(x² + y² + z²) e o vetor unitário a/|a|.
Use o produto escalar para ângulos, projeções, perpendicularidade e trabalho: a·b = |a||b|cos θ.
Use o produto vetorial para vetores perpendiculares, áreas e momentos: escreva as três componentes com cuidado, mantendo a ordem a × b.
Probabilidades
Complementar
P(not A) = 1 − P(A)
Regra da adição
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Eventos independentes
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilidade condicional
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomial
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k
Estatística descritiva
Média
x̄ = Σx/n
Desvio-padrão amostral
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
valor do meio dos dados ordenados
Pontuação z
z = (x − μ)/σ
Distribuição normal
68% dentro de ±1σ, 95% dentro de ±2σ
Distribuição normal
Pontuação z
z = (x − μ)/σ
Abaixo de x
P(X < x) = Φ(z)
Acima de x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Entre
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentil
x = μ + z·σ
Método
Converta o valor em um escore z: z = (x − μ)/σ.
Procure Φ(z), a área à esquerda de z.
Para a área à direita use 1 − Φ(z); para um intervalo subtraia as duas áreas à esquerda.
Para um percentil, faça o caminho inverso: encontre z para a área e depois x = μ + z·σ.
2Exercícios
1.LimitesMédia
Encontre o limite L = limx→∞ (−3x2 − 5x − 9)/(4x2 + 5x + 9).
f(x) = (−3x2 − 5x − 9)/(4x2 + 5x + 9)x → ∞
L =
2.LimitesDifícil
Encontre o limite L = limx→0 (1 − cos 2x)/(2x²), com x em radianos.
f(x) = (1 − cos 2x)/(2x²)x → 0
L =
3.DerivadasMédia
Seja f(x) = ln(2x2 + 1). Calcule f′(2).
f(x) = ln(2x2 + 1)x = 2
f′(2) =
4.DerivadasDifícil
A reta tangente a f(x) = 2x2 − 4x + 4 em x = −2 corta o eixo y em y = b. Calcule b.
f(x) = 2x2 − 4x + 4x = −2
b =
5.IntegraisMédia
Calcule I = ∫14 4/x dx.
f(x) = 4/x[1, 4]
I =
6.IntegraisDifícil
Calcule a área A da região entre a parábola y = 9 − x² e o eixo x.
y = 9 − x²
A =
7.Números complexosMédia
Escreva z = 2 − j9 na forma exponencial r·ejθ. Dê θ em radianos, entre −π e π.
z = 2 − j9
θ = rad
8.Números complexosDifícil
Use o teorema de De Moivre para encontrar a parte real de z⁷ para z = √3 + j.
z = √3 + jn = 7
Re(z⁷) =
9.Equações diferenciaisMédia
Uma xícara de café a 80 °C é deixada em uma sala a 22 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Com k = 0,06 min⁻¹, encontre a sua temperatura T após 7 min.
T0 = 80 °CTa = 22 °Ck = 0,06 min⁻¹t = 7 min
T = °C
10.Equações diferenciaisDifícil
Um tanque contém 200 L de água na qual estão dissolvidos 20 kg de sal. Salmoura com 0,25 kg de sal por litro entra a 5 L/min, e a solução bem misturada sai na mesma vazão. Quanto sal m há no tanque após 15 min?
V = 200 Lm0 = 20 kgc = 0,25 kg/Lr = 5 L/min
m = kg
11.Matrizes e determinantesMédia
Calcule o determinante det A da matriz 3×3 A apresentada.
A = [−3 5 4; 4 −2 2; 1 −2 −5]
det A =
12.Matrizes e determinantesDifícil
Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.
A = [−1 −1; 6 −6]
λ =
13.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
Encontre o ângulo θ entre os vetores a = (−3, −3, 6) e b = (−2, 0, 1), em graus.
a = (−3, −3, 6)b = (−2, 0, 1)
θ = °
14.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
Encontre a área A do paralelogramo formado por a = (−1, −2, 0) e b = (2, −6, 1).
a = (−1, −2, 0)b = (2, −6, 1)
A =
15.ProbabilidadesMédia
Lança-se um dado equilibrado 7 vezes. Qual é a probabilidade P de sair pelo menos um seis?
n = 7
P =
16.ProbabilidadesDifícil
Testam-se 9 componentes e cada um avaria com probabilidade 0,25, de forma independente. Qual é a probabilidade P de avariar no máximo um?
n = 9p = 0,25
P =
17.Estatística descritivaMédia
Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 21, 40, 12, 11, 32, 35.
n = 6
s =
18.Estatística descritivaDifícil
Uma grandeza segue uma distribuição normal com média 500 e desvio-padrão 75. Que proporção P dos valores está abaixo de 440?
μ = 500σ = 75x = 440
P =
19.Distribuição normalMédia
As massas de sacos de cimento são independentes e normais com média 25 kg e desvio padrão 0,5 kg. Encontre a probabilidade P de a massa total de 6 deles exceder 149,4 kg. Arredonde z para duas casas decimais.
μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 6> 149,4 kg
P =
20.Distribuição normalDifícil
Os pontuações de QI têm distribuição normal com média 100 pontos e desvio padrão 15 pontos. Arraste o ponto de corte para que os 85% inferiores sombreados fiquem à esquerda dele. Encontre o ponto de corte x.
μ = 100 pontosσ = 15 pontos85%
x = pontos
3Soluções
1.Limites
Resposta: L = −0,75
Limites: tente primeiro a substituição direta. Se ela der 0/0, simplifique antes: fatore e cancele o fator comum, ou multiplique pelo conjugado. Quando x → ∞, divida o numerador e o denominador pela maior potência de x. Regra de L'Hôpital: se f/g dá 0/0 ou ∞/∞, então lim f/g = lim f′/g′, derivando o numerador e o denominador separadamente (e não com a regra do quociente).
Dividir pela maior potência
(−3 + (−5)/x + (−9)/x2)/(4 + 5/x + 9/x2)
Fazer x → ∞
L = −3/4 = −0,75
Resposta
L = −0,75
Para graus iguais o limite é a razão entre os coeficientes dominantes.
2.Limites
Resposta: L = 1
Limites: tente primeiro a substituição direta. Se ela der 0/0, simplifique antes: fatore e cancele o fator comum, ou multiplique pelo conjugado. Quando x → ∞, divida o numerador e o denominador pela maior potência de x. Regra de L'Hôpital: se f/g dá 0/0 ou ∞/∞, então lim f/g = lim f′/g′, derivando o numerador e o denominador separadamente (e não com a regra do quociente).
Primeira aplicação
2·sin 2x/(4x) → 0/0
Segunda aplicação
4·cos 2x/4
Substituir x = 0
L = 4/4 = 1
Resposta
L = 1
3.Derivadas
Resposta: f′(2) = 0,8889
Derivação: a derivada f′(x) é o declive do gráfico em x. Regra da potência: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regra do produto: (uv)′ = u′v + uv′. Regra da cadeia: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Onde f′(x) = 0 o gráfico tem tangente horizontal: um máximo, um mínimo ou um ponto de sela.
Regra da cadeia para o logaritmo
f′(x) = 4x/(2x2 + 1)
Substituir
f′(2) = 8/9 = 0,8889
Resposta
f′(2) = 0,8889
4.Derivadas
Resposta: b = −4
Derivação: a derivada f′(x) é o declive do gráfico em x. Regra da potência: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regra do produto: (uv)′ = u′v + uv′. Regra da cadeia: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Onde f′(x) = 0 o gráfico tem tangente horizontal: um máximo, um mínimo ou um ponto de sela.
Ponto e declive
f(−2) = 20
f′(x) = 4x − 4 → f′(−2) = −12
Reta tangente em x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 20 − (−12)·(−2) = −4
Resposta
b = −4
5.Integrais
Resposta: I = 5,545
Integrais definidos: ∫ₐᵇ f(x) dx é a área com sinal entre o gráfico e o eixo x de a a b. Encontre uma primitiva F (com F′ = f) e calcule F(b) − F(a). Regra da potência: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). A área entre duas curvas é ∫(superior − inferior) dx.
Primitiva
F(x) = 4·ln x
Avaliar nos limites
I = 4·(ln 4 − ln 1) = 4·ln 4 = 5,545
Resposta
I = 5,545
6.Integrais
Resposta: A = 36
Integrais definidos: ∫ₐᵇ f(x) dx é a área com sinal entre o gráfico e o eixo x de a a b. Encontre uma primitiva F (com F′ = f) e calcule F(b) − F(a). Regra da potência: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). A área entre duas curvas é ∫(superior − inferior) dx.
Zeros
9 − x² = 0 → x = ±3
Integrar
A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36
Resposta
A = 36
7.Números complexos
Resposta: θ = −1,352 rad
Forma polar: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, com r = |z| e θ = arg z. De volta à forma retangular: a = r cos θ, b = r sin θ. O argumento exige o quadrante: θ = atan(b/a) somente quando a > 0; para a < 0 some ou subtraia 180°. Na forma polar a multiplicação é fácil: multiplique os módulos e some os argumentos; para a divisão, divida os módulos e subtraia os argumentos.
Módulo
r = √(4 + 81) = 9,22
Argumento em radianos
θ = −77,47° = −77,47·π/180 = −1,352 rad
Forma exponencial
z = 9,22·e−j1,352
Resposta
θ = −1,352 rad
8.Números complexos
Resposta: Re(z⁷) = −110,9
De Moivre e raízes: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. A equação zⁿ = R∠φ tem exatamente n raízes, todas com módulo R1/n, nos argumentos (φ + 360°·k)/n para k = 0, 1, …, n − 1: elas ficam igualmente espaçadas sobre uma circunferência, a 360°/n uma da outra. Uma equação quadrática z² + pz + q = 0 com p² < 4q tem as raízes complexas z = −p/2 ± j√(q − p²/4); um polinômio com coeficientes reais sempre tem suas raízes complexas em pares conjugados a ± jb.
Forma polar
z = √3 + j = 2∠30°
De Moivre
z⁷ = (2)⁷∠210° = 128∠−150°
Forma retangular
z⁷ = 128·(cos −150° + j sin −150°) = −110,9 − j64
Re(z⁷) = −110,9
Resposta
Re(z⁷) = −110,9
9.Equações diferenciais
Resposta: T = 60,11 °C
Equações diferenciais de primeira ordem: dy/dt = k·y tem a solução y = y₀·ekt (crescimento para k > 0, decaimento para k < 0); uma meia-vida T dá k = ln 2/T. A lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), dá T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Uma equação linear y′ + p(x)·y = q(x) é resolvida com o fator integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, então μy = ∫μq dx + C.
Solução da lei de resfriamento
T(t) = 22 + 58·e−0,06t
Substituir t
T(7) = 22 + 58·0,657 = 60,11 °C
Resposta
T = 60,11 °C
10.Equações diferenciais
Resposta: m = 29,38 kg
Equações diferenciais de primeira ordem: dy/dt = k·y tem a solução y = y₀·ekt (crescimento para k > 0, decaimento para k < 0); uma meia-vida T dá k = ln 2/T. A lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), dá T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Uma equação linear y′ + p(x)·y = q(x) é resolvida com o fator integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, então μy = ∫μq dx + C.
Montar a equação
dm/dt = 5·0,25 − (5/200)·m = 1,25 − 0,025·m
Resolva
O fator integrante é ert/V; a solução tende ao equilíbrio c·V.
m(t) = 50 + (−30)·e−t/40
Substituir t
m(15) = 50 + (−30)·0,6873 = 29,38 kg
Resposta
m = 29,38 kg
11.Matrizes e determinantes
Resposta: det A = 44
Matrizes: o determinante de uma matriz 2×2 é ad − bc. Numa 3×3, desenvolva por uma linha: cada elemento vezes o determinante da 2×2 que resta ao tirar a sua linha e coluna, com sinais alternados + − +. Os valores próprios λ resolvem det(A − λI) = 0; numa 2×2 é λ² − (traço)·λ + det = 0.
Menores 2×2 da primeira linha
M₁₁ = 14, M₁₂ = −22, M₁₃ = −6
Desenvolvimento por cofatores
det A = (−3)·14 − 5·(−22) + 4·(−6) = 44
Resposta
det A = 44
12.Matrizes e determinantes
Resposta: λ = −3
Matrizes: o determinante de uma matriz 2×2 é ad − bc. Numa 3×3, desenvolva por uma linha: cada elemento vezes o determinante da 2×2 que resta ao tirar a sua linha e coluna, com sinais alternados + − +. Os valores próprios λ resolvem det(A − λI) = 0; numa 2×2 é λ² − (traço)·λ + det = 0.
Equação característica
λ² − (−7)λ + (12) = 0
Resolva
λ = (−7 ± √(1))/2 → λ = −4, −3
λ = −3
Resposta
λ = −3
13.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: θ = 43,09 °
Produto escalar:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, um escalar. Ele dá o ângulo entre dois vetores, cos θ = a·b/(|a|·|b|), e é nulo quando eles são perpendiculares. A projeção escalar de a sobre b é a·b/|b|, e uma força constante F que atua ao longo de um deslocamento d realiza o trabalho W = F·d.
Produto escalar
a·b = (−3)·(−2) + (−3)·0 + 6·1 = 12
Módulos
|a| = √((−3)² + (−3)² + 6²) = 7,348
|b| = √((−2)² + 0² + 1²) = 2,236
Ângulo
cos θ = 12/(7,348·2,236) = 0,7303
θ = arccos(0,7303) = 43,09°
Resposta
θ = 43,09°
14.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: A = 10,25
Produto vetorial:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) é perpendicular aos dois vetores, e |a × b| = |a|·|b|·sin θ é a área do paralelogramo que eles formam (o triângulo tem metade dela). A ordem importa: b × a = −(a × b). O momento de uma força F aplicada no ponto A em relação ao ponto O é MO = r × F, com r = A − O.
Produto vetorial
(a × b)x = aybz − azby = (−2)·1 − 0·(−6) = −2
(a × b)y = azbx − axbz = 0·2 − (−1)·1 = 1
(a × b)z = axby − aybx = (−1)·(−6) − (−2)·2 = 10
Área
A = |a × b| = √((−2)² + 1² + 10²) = 10,25
Resposta
A = 10,25
15.Probabilidades
Resposta: P = 0,7209
Probabilidades: com resultados equiprováveis, P(A) = favoráveis/possíveis. Para acontecimentos independentes multiplica-se: P(A e B) = P(A)·P(B). O complementar ajuda muitas vezes: P(pelo menos um) = 1 − P(nenhum). Binomial: em n provas independentes com probabilidade de sucesso p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Complementar
P(nenhum seis) = (5/6)7 = 0,2791
P = 1 − 0,2791 = 0,7209
Resposta
P = 0,7209
16.Probabilidades
Resposta: P = 0,3003
Probabilidades: com resultados equiprováveis, P(A) = favoráveis/possíveis. Para acontecimentos independentes multiplica-se: P(A e B) = P(A)·P(B). O complementar ajuda muitas vezes: P(pelo menos um) = 1 − P(nenhum). Binomial: em n provas independentes com probabilidade de sucesso p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Zero e uma avaria
P(X = 0) = 0,759 = 0,07508
P(X = 1) = 9·0,25·0,758 = 0,2253
Some
P = 0,07508 + 0,2253 = 0,3003
Resposta
P = 0,3003
17.Estatística descritiva
Resposta: s = 12,29
Estatística descritiva: a média é a soma a dividir por n; a mediana é o valor central dos dados ordenados (a média dos dois centrais se n for par). O desvio-padrão amostral é s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Uma pontuação z = (x − μ)/σ diz a quantos desvios-padrão da média está um valor.
Estatística descritiva: a média é a soma a dividir por n; a mediana é o valor central dos dados ordenados (a média dos dois centrais se n for par). O desvio-padrão amostral é s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Uma pontuação z = (x − μ)/σ diz a quantos desvios-padrão da média está um valor.
Padronizar
z = −0,8
Tabela da normal padrão
Φ(−0,8) = 0,2119
P = 0,2119
Resposta
P = 0,2119
19.Distribuição normal
Resposta: P = 0,6879
Somas e diferenças de variáveis normais: se X e Y são independentes e normais, X + Y e X − Y também são normais. As médias se somam ou se subtraem: E(X ± Y) = μX ± μY. As variâncias sempre se somam, também em uma diferença: Var(X ± Y) = σX² + σY², portanto σ = √(σX² + σY²). Os desvios padrão nunca se somam diretamente. O total de n itens independentes com a mesma distribuição tem média n·μ e desvio padrão σ·√n. Depois padronize como de costume: z = (x − média)/σ e leia Φ(z).
Distribuição do total
μT = 150 kg, σT = 0,5·√6 = 1,225 kg
Padronizar
z = (149,4 − 150)/1,225 = −0,49
Probabilidades
P = 1 − Φ(−0,49) = 0,6879
Resposta
P = 0,6879
20.Distribuição normal
Resposta: x = 115,6 pontos
De uma área de volta a z: Φ(z) é a área à esquerda de z. Para uma área de cauda esquerda A, encontre na tabela o z com Φ(z) = A. Uma área de cauda direita A significa Φ(z) = 1 − A. Uma área central A entre −z e z deixa (1 − A)/2 em cada cauda, então Φ(z) = (1 + A)/2. Para um valor x, use x = μ + zσ.