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→∞ (−2x3 + 3x − 6)/(2x3 + x + 2).
f(x) = (−2x3 + 3x − 6)/(2x3 + x + 2)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) = x·sin(x), com x em radianos. Calcule f′(1).
f(x) = x·sin(x)x = 1 rad
f′(1) =
4.DerivadasDifícil
Seja f(x) = x3 − 3x2 − 9x + 2. Calcule a abcissa x do mínimo local.
f(x) = x3 − 3x2 − 9x + 2
x =
5.IntegraisMédia
Calcule I = ∫₀π/3 x·sin x dx (x em radianos).
∫₀π/3 x·sin x dx
I =
6.IntegraisDifícil
Calcule I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.
∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
7.Números complexosMédia
Escreva z = 2∠−75° na forma retangular a + jb e dê a parte imaginária b.
r = 2θ = −75°
b =
8.Números complexosDifícil
As raízes de zⁿ = w com n = 2 e w = 36∠−120° são zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1. Encontre o argumento de z₀ em graus, entre −180° e 180°.
w = 36∠−120°n = 2k = 0
θ₀ = °
9.Equações diferenciaisMédia
Uma peça de aço forjado a 460 °C é deixada esfriando em uma oficina a 26 °C. Após 32 min sua temperatura é 147 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Encontre a constante k em min⁻¹.
T0 = 460 °CTa = 26 °CT(32) = 147 °C
k = min⁻¹
10.Equações diferenciaisDifícil
Resolva o problema de valor inicial y′ + 2y/x = 4x2 para x > 0, com y(1) = 1. Encontre y(2).
y′ + 2y/x = 4x2y(1) = 1
y(2) =
11.Matrizes e determinantesMédia
Seja C = AB para as matrizes apresentadas. Calcule o elemento c22 (linha 2, coluna 2).
A = [3 2; −5 6]B = [0 3; 1 −3]
c22 =
12.Matrizes e determinantesDifícil
Resolva o sistema 6x + 5y = 11 e −6x + y = −2. Calcule x.
6x + 5y = 11−6x + y = −2
x =
13.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
Encontre o ângulo θ entre os vetores a = (4, −1, 6) e b = (−5, 0, −4), em graus.
a = (4, −1, 6)b = (−5, 0, −4)
θ = °
14.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
Para a = (−1, −1, −6) e b = (−3, 2, 2), encontre a componente z (a × b)z do produto vetorial a × b.
a = (−1, −1, −6)b = (−3, 2, 2)
(a × b)z =
15.ProbabilidadesMédia
De quantas maneiras N se pode escolher uma comissão de 4 pessoas num grupo de 11? A ordem não interessa.
n = 11k = 4
N =
16.ProbabilidadesDifícil
X tem a distribuição mostrada e Y = 0,5X + 1. Encontre o desvio padrão σY de Y.
Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 53, 39, 16, 49, 22, 11, 26.
n = 7
s =
18.Estatística descritivaDifícil
As notas de um exame seguem uma distribuição normal com média 170 e desvio-padrão 15. Calcule a pontuação z z de uma nota de 147,5.
μ = 170σ = 15x = 147,5
z =
19.Distribuição normalMédia
Arraste z para que a área sombreada sob a curva normal padrão, à direita de z, seja 0,8531. Encontre z com duas casas decimais.
A = 0,8531
z =
20.Distribuição normalDifícil
Os durações de baterias têm distribuição normal com média 500 h e desvio padrão 40 h. Arraste o ponto de corte para que os 90% inferiores sombreados fiquem à esquerda dele. Encontre o ponto de corte x.
μ = 500 hσ = 40 h90%
x = h
3Soluções
1.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).
Dividir pela maior potência
(−2 + 3/x2 + (−6)/x3)/(2 + 1/x2 + 2/x3)
Fazer x → ∞
L = −2/2 = −1
Resposta
L = −1
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′(1) = 1,382
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.
Regras do produto e da cadeia
f′(x) = sin(x) + x·cos(x)
Substituir
f′(1) = 0,8415 + 1·0,5403 = 1,382
Resposta
f′(1) = 1,382
4.Derivadas
Resposta: x = 3
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.
Derivada
f′(x) = 3x2 − 6x − 9 = 3·(x2 − 2x − 3)
Resolver f′(x) = 0
x = −1 ou x = 3
Qual é qual
f″(x) = 6x − 6: negativa num máximo, positiva num mínimo.
f″(−1) = −12, f″(3) = 12
x = 3
Resposta
x = 3
5.Integrais
Resposta: I = 0,3424
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/3·cos π/3 + sin π/3) − (0 + 0) = 0,3424
Resposta
I = 0,3424
6.Integrais
Resposta: I = 3,602
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.
Primeira rodada
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Segunda rodada
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Limites
4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602
Resposta
I = 3,602
7.Números complexos
Resposta: b = −1,932
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.
Componentes
a = 2·cos(−75°) = 0,5176
b = 2·sin(−75°) = −1,932
Forma retangular
z = 0,5176 − j1,932
b = −1,932
Resposta
b = −1,932
8.Números complexos
Resposta: θ₀ = −60 °
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
361/2 = 6
Argumento da raiz
θ₀ = (−120° + 360°·0)/2 = −60°
Argumento
θ₀ = −60°
Resposta
θ₀ = −60°
As 2 raízes ficam sobre a circunferência de raio 6, separadas por 180°.
9.Equações diferenciais
Resposta: k = 0,03991 min⁻¹
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.
Razão das diferenças de temperatura
e−32k = 121/434
Resolver para k
k = ln(434/121)/32 = 0,03991 min⁻¹
Resposta
k = 0,03991 min⁻¹
10.Equações diferenciais
Resposta: y(2) = 6,45
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.
Fator integrante
μ = e∫2/x dx = x2
Integrar
(x2y)′ = 4x4 → x2y = 4x5/5 + C
Condição inicial
1 = 4/5 + C → C = 0,2
Calcular
y(2) = (4·25/5 + 0,2)/22 = 6,45
Resposta
y(2) = 6,45
11.Matrizes e determinantes
Resposta: c22 = −33
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
c22 = (−5)·3 + 6·(−3) = −33
Resposta
c22 = −33
12.Matrizes e determinantes
Resposta: x = 0,5833
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 = 6·1 − 5·(−6) = 36
Substituir a coluna de x
det Aₓ = 11·1 − 5·(−2) = 21
x = 21/36 = 0,5833
Resposta
x = 0,5833
y = 1,5
13.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: θ = 160,7 °
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 = 4·(−5) + (−1)·0 + 6·(−4) = −44
Módulos
|a| = √(4² + (−1)² + 6²) = 7,28
|b| = √((−5)² + 0² + (−4)²) = 6,403
Ângulo
cos θ = −44/(7,28·6,403) = −0,9439
θ = arccos(−0,9439) = 160,7°
Resposta
θ = 160,7°
14.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: (a × b)z = −5
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, componente por componente
(a × b)x = aybz − azby = (−1)·2 − (−6)·2 = 10
(a × b)y = azbx − axbz = (−6)·(−3) − (−1)·2 = 20
(a × b)z = axby − aybx = (−1)·2 − (−1)·(−3) = −5
Componente pedida
(a × b)z = −5
Resposta
(a × b)z = −5
Verificação: a × b é perpendicular aos dois vetores, então o seu produto escalar com a e com b é zero.
15.Probabilidades
Resposta: N = 330
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.
Combinações
C(11, 4) = (11·10·9·8)/(4·3·2·1) = 330
Resposta
N = 330
16.Probabilidades
Resposta: σY = 0,522
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 = 1,1, Var(X) = 1,09, σX = 1,044
Mudança linear
σY = |0,5|·1,044 = 0,522
Resposta
σY = 0,522
A média de fato se desloca: E(Y) = 0,5·1,1 + 1 = 1,55.
17.Estatística descritiva
Resposta: s = 16,34
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 = (147,5 − 170)/15 = −1,5
Resposta
z = −1,5
19.Distribuição normal
Resposta: z = −1,05
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 − 0,8531 = 0,1469
Leia a tabela de z ao contrário
Encontre 0,1469 dentro da tabela e leia z.
z = −1,05
Resposta
z = −1,05
20.Distribuição normal
Resposta: x = 551 h
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.