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→∞ (1 + 3/x)x. Dê um valor decimal.
f(x) = (1 + 3/x)xx → ∞
L =
2.LimitesDifícil
Encontre o limite L = limx→0 ln(1 + 2x)/sin(5x), com x em radianos.
f(x) = ln(1 + 2x)/sin(5x)x → 0
L =
3.DerivadasMédia
Seja f(x) = ln(2x2 + 4). Calcule f′(1).
f(x) = ln(2x2 + 4)x = 1
f′(1) =
4.DerivadasDifícil
A reta tangente a f(x) = 3x2 − x − 2 em x = 3 corta o eixo y em y = b. Calcule b.
f(x) = 3x2 − x − 2x = 3
b =
5.IntegraisMédia
Calcule I = ∫₀π x·sin x dx (x em radianos).
∫₀π x·sin x dx
I =
6.IntegraisDifícil
Calcule a área A da região limitada por y = 0,5x2 e y = 4x.
y = 0,5x2y = 4x
A =
7.Números complexosMédia
Encontre o argumento θ de z = 6 − j4 em graus, como valor principal entre −180° e 180°.
z = 6 − j4
θ = °
8.Números complexosDifícil
As raízes de zⁿ = w com n = 3 e w = 64∠−120° são zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Encontre a parte imaginária de z₁.
w = 64∠−120°n = 3k = 1
Im(z₁) =
9.Equações diferenciaisMédia
Resolva y″ + 5y′ + 6y = 0 com y(0) = 5 e y′(0) = 4. Encontre y(0,5).
y″ + 5y′ + 6y = 0y(0) = 5y′(0) = 4
y(0.5) =
10.Equações diferenciaisDifícil
Um sistema obedece a y″ + y′ + 16,25y = 162,5 para t ≥ 0, partindo do repouso: y(0) = 0, y′(0) = 0. Encontre y(1,5); ângulos em radianos.
y″ + y′ + 16,25y = 162,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(1.5) =
11.Matrizes e determinantesMédia
Seja C = AB para as matrizes apresentadas. Calcule o elemento c12 (linha 1, coluna 2).
A = [−2 6; 3 6]B = [−5 0; −1 6]
c12 =
12.Matrizes e determinantesDifícil
Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.
A = [1 −4; −1 4]
λ =
13.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
Encontre a projeção escalar compb a de a = (−3, −2, −3) sobre b = (4, 0, −6), isto é, a componente de a na direção de b.
a = (−3, −2, −3)b = (4, 0, −6)
compb a =
14.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
Encontre a área A do paralelogramo formado por a = (−3, 6, 6) e b = (1, −4, −5).
a = (−3, 6, 6)b = (1, −4, −5)
A =
15.ProbabilidadesMédia
Para a distribuição mostrada, encontre a variância Var(X) de X.
x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0,15, 0,2, 0,3, 0,3, 0,05
Var(X) =
16.ProbabilidadesDifícil
Um jogo custa €3 para jogar. Você ganha €12 com probabilidade 0,15 e €30 com probabilidade 0,02; caso contrário, não ganha nada. A aposta não é devolvida. Encontre o ganho líquido esperado E(G) por jogo.
aposta = €3€12: p = 0,15€30: p = 0,02
E(G) = €
17.Estatística descritivaMédia
Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 50, 53, 19, 17, 23.
n = 5
s =
18.Estatística descritivaDifícil
Uma grandeza segue uma distribuição normal com média 60 e desvio-padrão 5. Que proporção P dos valores está abaixo de 56?
μ = 60σ = 5x = 56
P =
19.Distribuição normalMédia
Arraste z para que a área sombreada entre −z e z sob a curva normal padrão seja 0,9412. Encontre z com duas casas decimais.
A = 0,9412
z =
20.Distribuição normalDifícil
As durações de entregas seguem uma distribuição normal com média 32 min e desvio-padrão 6 min. Calcule o valor x abaixo do qual estão 90% delas (o percentil 90).
μ = 32σ = 6P = 90%
x = min
3Soluções
1.Limites
Resposta: L = 20,09
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).
Tomar o logaritmo
ln L = limx→∞ x·ln(1 + 3/x)
Calcular
ln(1 + u)/u → 1 quando u → 0, então x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 1·3 = 3
Desfazer o logaritmo
L = e3 = 20,09
Resposta
L = 20,09
2.Limites
Resposta: L = 0,4
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).
Regra de L'Hôpital
L = limx→0 [2/(1 + 2x)]/[5·cos 5x]
Substituir x = 0
L = 2/5 = 0,4
Resposta
L = 0,4
3.Derivadas
Resposta: f′(1) = 0,6667
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 + 4)
Substituir
f′(1) = 4/6 = 0,6667
Resposta
f′(1) = 0,6667
4.Derivadas
Resposta: b = −29
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(3) = 22
f′(x) = 6x − 1 → f′(3) = 17
Reta tangente em x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 22 − 17·3 = −29
Resposta
b = −29
5.Integrais
Resposta: I = 3,142
Integração por partes: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, a partir da regra do produto. Escolha como u o fator que fica mais simples quando você o deriva (uma potência de x ou ln x) e como dv o fator que você sabe integrar (eˣ, sen x, cos x ou x quando u = ln x). Para uma integral definida, calcule u·v nos dois limites: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Um fator x² exige duas rodadas.
Escolha 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
Limites
(−π·cos π + sin π) − (0 + 0) = 3,142
Resposta
I = 3,142
6.Integrais
Resposta: A = 42,67
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.
Pontos de interseção
0,5x2 = 4x → x = 0, x = 8
Integrar superior menos inferior
A = [2x2 − 0,1667x3]08 = 42,67
Resposta
A = 42,67
7.Números complexos
Resposta: θ = −33,69 °
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 = 6, b = −4 → IV
Ângulo de referência
α = atan(4/6) = 33,69°
Argumento
θ = −α = −33,69°
Resposta
θ = −33,69°
Na forma polar, z = 7,211∠−33,69°.
8.Números complexos
Resposta: Im(z₁) = 3,939
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 das raízes
641/3 = 4
Argumento da raiz
θ₁ = (−120° + 360°·1)/3 = 80°
Forma retangular
z₁ = 4·(cos 80° + j sin 80°) = 0,6946 + j3,939
Im(z₁) = 3,939
Resposta
Im(z₁) = 3,939
As 3 raízes ficam sobre a circunferência de raio 4, separadas por 120°.
9.Equações diferenciais
Resposta: y(0.5) = 3,866
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.
Raízes características
(r + 2)(r + 3) = 0 → r = −2, −3
Constantes a partir dos valores iniciais
A + B = 5, −2A − 3B = 4
A = 19, B = −14
Calcular
y(0,5) = 19·e−1 + (−14)·e−1,5 = 3,866
Resposta
y(0,5) = 3,866
10.Equações diferenciais
Resposta: y(1.5) = 5,629
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.
Linha vezes coluna
c12 = (−2)·0 + 6·6 = 36
Resposta
c12 = 36
12.Matrizes e determinantes
Resposta: λ = 5
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 − (5)λ + (0) = 0
Resolva
λ = (5 ± √(25))/2 → λ = 0, 5
λ = 5
Resposta
λ = 5
13.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: compb a = 0,8321
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 = (−3)·4 + (−2)·0 + (−3)·(−6) = 6
Comprimento de b
|b| = √(4² + 0² + (−6)²) = 7,211
Projeção escalar
compb a = a·b/|b| = 6/7,211 = 0,8321
Resposta
compb a = 0,8321
14.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: A = 12,37
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.
Produto vetorial
(a × b)x = aybz − azby = 6·(−5) − 6·(−4) = −6
(a × b)y = azbx − axbz = 6·1 − (−3)·(−5) = −9
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·(−4) − 6·1 = 6
Área
A = |a × b| = √((−6)² + (−9)² + 6²) = 12,37
Resposta
A = 12,37
15.Probabilidades
Resposta: Var(X) = 1,29
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.
Resultados líquidos
G: 9 (p = 0,15), 27 (p = 0,02), −3 (p = 0,83)
Valor esperado
E(G) = 9·0,15 + 27·0,02 − 3·0,83 = −0,6 €
Resposta
E(G) = −0,6 €
Um valor negativo significa que você perde dinheiro em média.
17.Estatística descritiva
Resposta: s = 17,6
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: z = 1,89
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 + 0,9412)/2 = 0,9706
Leia a tabela de z ao contrário
Encontre 0,9706 dentro da tabela e leia z.
z = 1,89
Resposta
z = 1,89
20.Distribuição normal
Resposta: x = 39,69 min
Distribuição normal: converta um valor x em uma pontuação z, z = (x − μ)/σ, que conta quantos desvios-padrão ele está da média. Uma tabela z (ou Φ(z)) dá a área à esquerda de z, que é P(X < x). A área à direita é 1 − Φ(z), e a área entre dois valores é a diferença entre as duas áreas.