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→∞ (√(9x2 + 3x) − 3x).
f(x) = √(9x2 + 3x) − 3xx → ∞
L =
2.LimitesDifícil
Encontre o limite L = limx→0 (1 − cos 4x)/(x²), com x em radianos.
f(x) = (1 − cos 4x)/(x²)x → 0
L =
3.DerivadasMédia
Seja f(x) = x·sin(2x), com x em radianos. Calcule f′(2).
f(x) = x·sin(2x)x = 2 rad
f′(2) =
4.DerivadasDifícil
Seja f(x) = x3 − 15x2 + 63x + 3. Calcule a abcissa x do mínimo local.
f(x) = x3 − 15x2 + 63x + 3
x =
5.IntegraisMédia
Calcule I = ∫01 e0,5x dx.
f(x) = e0,5x[0, 1]
I =
6.IntegraisDifícil
Calcule a área A da região limitada por y = 2x2 e y = 3x.
y = 2x2y = 3x
A =
7.Números complexosMédia
O número z = 5·ej1,5 tem o ângulo em radianos. Encontre a sua parte imaginária b.
r = 5θ = 1,5 rad
b =
8.Números complexosDifícil
Use o teorema de De Moivre para encontrar a parte imaginária de z³ para z = −√3 + j.
z = −√3 + jn = 3
Im(z³) =
9.Equações diferenciaisMédia
Uma xícara de café a 87 °C é deixada em uma sala a 23 °C. Após 21 min sua temperatura é 41 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Encontre a constante k em min⁻¹.
T0 = 87 °CTa = 23 °CT(21) = 41 °C
k = min⁻¹
10.Equações diferenciaisDifícil
Um sistema obedece a y″ + 2y′ + 5y = 10 para t ≥ 0, partindo do repouso: y(0) = 0, y′(0) = 0. Encontre o valor de pico ymax da sua resposta ao degrau.
y″ + 2y′ + 5y = 10y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Matrizes e determinantesMédia
Calcule o determinante det A da matriz 3×3 A apresentada.
A = [−5 −5 0; −3 0 −2; −4 2 −2]
det A =
12.Matrizes e determinantesDifícil
Resolva o sistema −2x − 4y = −9 e −6x − 2y = −4. Calcule x.
−2x − 4y = −9−6x − 2y = −4
x =
13.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
Uma força constante F = (−25, 25, −30) N atua sobre um objeto enquanto ele se move em linha reta do ponto A(−2, −1, 4) ao ponto B(−4, 0, 3). As coordenadas estão em metros. Encontre o trabalho W realizado pela força.
F = (−25, 25, −30) NA(−2, −1, 4) mB(−4, 0, 3) m
W = J
14.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
Encontre a área A do triângulo de vértices A(−2, 0, 3), B(−1, −1, 1) e C(−1, 3, 1). As coordenadas estão em metros.
A(−2, 0, 3)B(−1, −1, 1)C(−1, 3, 1)
A = m²
15.ProbabilidadesMédia
Para a distribuição mostrada, encontre a variância Var(X) de X.
x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,35, 0,3, 0,25, 0,1
Var(X) =
16.ProbabilidadesDifícil
X tem a distribuição mostrada e Y = 3X + 10. Encontre o desvio padrão σY de Y.
Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 24, 39, 40, 31, 38, 12, 15.
n = 7
s =
18.Estatística descritivaDifícil
Uma grandeza segue uma distribuição normal com média 60 e desvio-padrão 15. Que proporção P dos valores está abaixo de 69?
μ = 60σ = 15x = 69
P =
19.Distribuição normalMédia
X é normal com média 250 g e desvio padrão 4 g; Y é independente e normal com média 500 g e desvio padrão 9 g. Encontre a probabilidade P de X + Y ser maior que 757,9 g. Arredonde z para duas casas decimais.
μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 757,9 g
P =
20.Distribuição normalDifícil
Os alturas de homens adultos têm distribuição normal com média 178 cm e desvio padrão 7 cm. Arraste o ponto de corte para que os 25% inferiores sombreados fiquem à esquerda dele. Encontre o ponto de corte x.
μ = 178 cmσ = 7 cm25%
x = cm
3Soluções
1.Limites
Resposta: L = 0,5
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).
Multiplicar pelo conjugado
f(x) = 3x/(√(9x2 + 3x) + 3x)
Dividir por x
f(x) = 3/(√(9 + 3/x) + 3)
Fazer x → ∞
L = 3/(3 + 3) = 0,5
Resposta
L = 0,5
2.Limites
Resposta: L = 8
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
4·sin 4x/(2x) → 0/0
Segunda aplicação
16·cos 4x/2
Substituir x = 0
L = 16/2 = 8
Resposta
L = 8
3.Derivadas
Resposta: f′(2) = −3,371
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(2x) + 2x·cos(2x)
Substituir
f′(2) = −0,7568 + 4·(−0,6536) = −3,371
Resposta
f′(2) = −3,371
4.Derivadas
Resposta: x = 7
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 − 30x + 63 = 3·(x2 − 10x + 21)
Resolver f′(x) = 0
x = 3 ou x = 7
Qual é qual
f″(x) = 6x − 30: negativa num máximo, positiva num mínimo.
f″(3) = −12, f″(7) = 12
x = 7
Resposta
x = 7
5.Integrais
Resposta: I = 1,297
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) = e0,5x/0,5
Avaliar nos limites
I = (e0,5 − 1)/0,5 = (1,649 − 1)/0,5 = 1,297
Resposta
I = 1,297
6.Integrais
Resposta: A = 1,125
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
2x2 = 3x → x = 0, x = 1,5
Integrar superior menos inferior
A = [1,5x2 − 0,6667x3]01,5 = 1,125
Resposta
A = 1,125
7.Números complexos
Resposta: b = 4,987
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.
Fórmula de Euler
z = 5·(cos 1,5 + j sin 1,5)
Componentes (radianos)
a = 5·cos 1,5 = 0,3537
b = 5·sin 1,5 = 4,987
b = 4,987
Resposta
b = 4,987
8.Números complexos
Resposta: Im(z³) = 8
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∠150°
De Moivre
z³ = (2)³∠450° = 8∠90°
Forma retangular
z³ = 8·(cos 90° + j sin 90°) = j8
Im(z³) = 8
Resposta
Im(z³) = 8
9.Equações diferenciais
Resposta: k = 0,06041 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−21k = 18/64
Resolver para k
k = ln(64/18)/21 = 0,06041 min⁻¹
Resposta
k = 0,06041 min⁻¹
10.Equações diferenciais
Resposta: ymax = 2,416
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.
Valor estacionário e raízes
yss = 2, r = −1 ± 2j
Constantes a partir dos valores iniciais
y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −1A + 2B = 0 → B = −1
Pico
t = π/2 = 1,571
ymax = 2·(1 + e−1·π/2) = 2,416
Resposta
ymax = 2,416
11.Matrizes e determinantes
Resposta: det A = −30
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 = 4, M₁₂ = −2, M₁₃ = −6
Desenvolvimento por cofatores
det A = (−5)·4 − (−5)·(−2) + 0·(−6) = −30
Resposta
det A = −30
12.Matrizes e determinantes
Resposta: x = −0,1
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)·(−2) − (−4)·(−6) = −20
Substituir a coluna de x
det Aₓ = (−9)·(−2) − (−4)·(−4) = 2
x = 2/(−20) = −0,1
Resposta
x = −0,1
y = 2,3
13.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: W = 105 J
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.
Deslocamento
d = B − A = (−4, 0, 3) − (−2, −1, 4) = (−2, 1, −1) m
Trabalho
W = F·d = (−25)·(−2) + 25·1 + (−30)·(−1) = 105 J
Resposta
W = 105 J
14.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: A = 4,472 m²
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.
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.
Média
μ = 1·0,35 + 2·0,3 + 3·0,25 + 4·0,1 = 2,1
Média dos quadrados
E(X²) = 1·0,35 + 4·0,3 + 9·0,25 + 16·0,1 = 5,4
Variância
Var(X) = 5,4 − 2,1² = 0,99
Resposta
Var(X) = 0,99
16.Probabilidades
Resposta: σY = 2,729
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 = 2,35, Var(X) = 0,8275, σX = 0,9097
Mudança linear
σY = |3|·0,9097 = 2,729
Resposta
σY = 2,729
A média de fato se desloca: E(Y) = 3·2,35 + 10 = 17,05.
17.Estatística descritiva
Resposta: s = 11,65
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 = 0,6
Tabela da normal padrão
Φ(0,6) = 0,7257
P = 0,7257
Resposta
P = 0,7257
19.Distribuição normal
Resposta: P = 0,2119
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 da soma
μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9,849 g
Padronizar
z = (757,9 − 750)/9,849 = 0,8
Cauda superior
P = 1 − Φ(0,8) = 1 − 0,7881 = 0,2119
Resposta
P = 0,2119
20.Distribuição normal
Resposta: x = 173,3 cm
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.