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→∞ (√(4x2 − 5x) − 2x).
f(x) = √(4x2 − 5x) − 2xx → ∞
L =
2.LimitesDifícil
Encontre o limite L = limx→0 (e3x − 1 − 3x)/x².
f(x) = (e3x − 1 − 3x)/x²x → 0
L =
3.DerivadasMédia
Seja f(x) = ln(2x2 + 2). Calcule f′(3).
f(x) = ln(2x2 + 2)x = 3
f′(3) =
4.DerivadasDifícil
A reta tangente a f(x) = 2x2 − 5 em x = −2 corta o eixo y em y = b. Calcule b.
f(x) = 2x2 − 5x = −2
b =
5.IntegraisMédia
Calcule I = ∫01 2x·(x² + 1)3 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 1]
I =
6.IntegraisDifícil
Calcule a área A da região entre a parábola y = 1 − x² e o eixo x.
y = 1 − x²
A =
7.Números complexosMédia
Encontre o argumento θ de z = −3 − j5 em graus, como valor principal entre −180° e 180°.
z = −3 − j5
θ = °
8.Números complexosDifícil
Exatamente um dos pontos A–D é uma raiz de z⁴ = 16∠60°. Clique nele.
w = 16∠60°n = 4
1A (3,6∠−165°)
2B (2∠−120°)
3C (2∠60°)
4D (2∠−165°)
9.Equações diferenciaisMédia
Uma peça de aço forjado a 480 °C é deixada esfriando em uma oficina a 29 °C. Após 12 min sua temperatura é 344 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo após o início, t, leva para chegar a 439 °C?
T0 = 480 °CTa = 29 °CT(12) = 344 °CT = 439 °C
t = min
10.Equações diferenciaisDifícil
Um sistema obedece a y″ + 3y′ + 6,25y = 62,5 para t ≥ 0, partindo do repouso: y(0) = 0, y′(0) = 0. Encontre y(1,5); ângulos em radianos.
y″ + 3y′ + 6,25y = 62,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(1.5) =
11.Matrizes e determinantesMédia
Calcule o determinante det A da matriz 3×3 A apresentada.
A = [−5 4 3; −5 −1 1; 3 3 −4]
det A =
12.Matrizes e determinantesDifícil
Resolva o sistema 2x − 6y = −11 e 3x − y = −4. Calcule x.
2x − 6y = −113x − y = −4
x =
13.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
Encontre a projeção escalar compb a de a = (0, −5, 7) sobre b = (−3, −5, −6), isto é, a componente de a na direção de b.
a = (0, −5, 7)b = (−3, −5, −6)
compb a =
14.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
Uma força F = (−40, 40, 60) N atua no ponto A(−4, −4, 1). As coordenadas estão em metros. Encontre a componente x Mx do momento da força em relação a o ponto O(2, 1, 3).
F = (−40, 40, 60) NA(−4, −4, 1) mO(2, 1, 3) m
Mx = N·m
15.ProbabilidadesMédia
Para a distribuição mostrada, encontre a variância Var(X) de X.
x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,05, 0,25, 0,35, 0,35
Var(X) =
16.ProbabilidadesDifícil
X tem a distribuição mostrada e Y = 5X + 20. Encontre o desvio padrão σY de Y.
Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 35, 23, 59, 50, 15, 54.
n = 6
s =
18.Estatística descritivaDifícil
Uma grandeza segue uma distribuição normal com média 100 e desvio-padrão 10. Que proporção P dos valores está acima de 92?
μ = 100σ = 10x = 92
P =
19.Distribuição normalMédia
Arraste z para que a área sombreada entre −z e z sob a curva normal padrão seja 0,5098. Encontre z com duas casas decimais.
A = 0,5098
z =
20.Distribuição normalDifícil
Os notas de prova têm distribuição normal com média 65 pontos e desvio padrão 10 pontos. Arraste o ponto de corte para que os 90% superiores sombreados fiquem à direita dele. Encontre o ponto de corte x.
μ = 65 pontosσ = 10 pontos90%
x = pontos
3Soluções
1.Limites
Resposta: L = −1,25
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).
Multiplicar pelo conjugado
f(x) = −5x/(√(4x2 − 5x) + 2x)
Dividir por x
f(x) = −5/(√(4 + (−5)/x) + 2)
Fazer x → ∞
L = −5/(2 + 2) = −1,25
Resposta
L = −1,25
2.Limites
Resposta: L = 4,5
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
(3·e3x − 3)/(2x) → 0/0
Segunda aplicação
9·e3x/2
Substituir x = 0
L = 9·1/2 = 4,5
Resposta
L = 4,5
3.Derivadas
Resposta: f′(3) = 0,6
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 + 2)
Substituir
f′(3) = 12/20 = 0,6
Resposta
f′(3) = 0,6
4.Derivadas
Resposta: b = −13
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) = 3
f′(x) = 4x → f′(−2) = −8
Reta tangente em x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 3 − (−8)·(−2) = −13
Resposta
b = −13
5.Integrais
Resposta: I = 3,75
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.
Substituição
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u3 du
Integrar e avaliar
I = [u4/4]12 = (16 − 1)/4 = 3,75
Resposta
I = 3,75
6.Integrais
Resposta: A = 1,333
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
1 − x² = 0 → x = ±1
Integrar
A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333
Resposta
A = 1,333
7.Números complexos
Resposta: θ = −121 °
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.
Quadrante
a = −3, b = −5 → III
Ângulo de referência
α = atan(5/3) = 59,04°
Argumento
θ = −(180° − α) = −121°
Resposta
θ = −121°
Na forma polar, z = 5,831∠−121°.
8.Números complexos
Resposta: D (2∠−165°)
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.
Módulo e argumentos das raízes
|z| = 2
θ = 15°, 105°, −165°, −75°
O ponto
D = 2∠−165°
Resposta
D (2∠−165°)
9.Equações diferenciais
Resposta: t = 3,187 min
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.
Constante de resfriamento
k = ln(451/315)/12 = 0,02991 min⁻¹
Tempo até atingir o valor desejado
t = ln(451/410)/0,02991 = 3,187 min
Resposta
t = 3,187 min
10.Equações diferenciais
Resposta: y(1.5) = 10,93
Equações lineares de segunda ordem: para y″ + b·y′ + c·y = 0, tente y = ert: isso dá a equação característica r² + b·r + c = 0. Duas raízes reais r₁ ≠ r₂ dão y = A·er₁t + B·er₂t (superamortecido); uma raiz dupla r dá y = (A + Bt)·ert (amortecimento crítico); raízes complexas −α ± jω dão y = e−αt(A cos ωt + B sen ωt) (subamortecido, oscilante). Os valores iniciais y(0) e y′(0) determinam A e B. Escrita como y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn é a frequência natural e ζ o coeficiente de amortecimento: ζ < 1 oscila. Com uma entrada constante, y″ + by′ + cy = c·K, a solução é o valor estacionário K mais a resposta livre.
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 = 1, M₁₂ = 17, M₁₃ = −12
Desenvolvimento por cofatores
det A = (−5)·1 − 4·17 + 3·(−12) = −109
Resposta
det A = −109
12.Matrizes e determinantes
Resposta: x = −0,8125
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.
Determinante da matriz dos coeficientes
det A = 2·(−1) − (−6)·3 = 16
Substituir a coluna de x
det Aₓ = (−11)·(−1) − (−6)·(−4) = −13
x = −13/16 = −0,8125
Resposta
x = −0,8125
y = 1,563
13.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: compb a = −2,032
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.
Produto escalar
a·b = 0·(−3) + (−5)·(−5) + 7·(−6) = −17
Comprimento de b
|b| = √((−3)² + (−5)² + (−6)²) = 8,367
Projeção escalar
compb a = a·b/|b| = −17/8,367 = −2,032
Resposta
compb a = −2,032
Negativa: a tem uma componente que aponta contra b.
14.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: Mx = −220 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.
Vetor de posição de O a A
r = A − O = (−4, −4, 1) − (2, 1, 3) = (−6, −5, −2) m
Variáveis aleatórias discretas: uma distribuição de probabilidade lista cada valor x que uma variável pode assumir com sua probabilidade p(x); as probabilidades ficam entre 0 e 1 e somam 1. O valor esperado (média) é E(X) = Σx·p(x), a média de longo prazo. A variância é Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², e o desvio padrão é σ = √Var(X). Para uma mudança linear Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) e σY = |a|·σX; somar uma constante não muda a dispersão.
Variáveis aleatórias discretas: uma distribuição de probabilidade lista cada valor x que uma variável pode assumir com sua probabilidade p(x); as probabilidades ficam entre 0 e 1 e somam 1. O valor esperado (média) é E(X) = Σx·p(x), a média de longo prazo. A variância é Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², e o desvio padrão é σ = √Var(X). Para uma mudança linear Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) e σY = |a|·σX; somar uma constante não muda a dispersão.
Dispersão de X
μ = 3, Var(X) = 1,9, σX = 1,378
Mudança linear
σY = |5|·1,378 = 6,892
Resposta
σY = 6,892
A média de fato se desloca: E(Y) = 5·3 + 20 = 35.
17.Estatística descritiva
Resposta: s = 17,85
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 = 1 − 0,2119 = 0,7881
Resposta
P = 0,7881
19.Distribuição normal
Resposta: z = 0,69
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.
Área à esquerda de z
Φ(z) = (1 + 0,5098)/2 = 0,7549
Leia a tabela de z ao contrário
Encontre 0,7549 dentro da tabela e leia z.
z = 0,69
Resposta
z = 0,69
20.Distribuição normal
Resposta: x = 52,2 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.