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→∞ (√(x2 + 3x) − x).
f(x) = √(x2 + 3x) − xx → ∞
L =
2.LimitesDifícil
Encontre o limite L = limx→0 ln(1 + 5x)/sin(2x), com x em radianos.
f(x) = ln(1 + 5x)/sin(2x)x → 0
L =
3.DerivadasMédia
Seja f(x) = x·sin(x), com x em radianos. Calcule f′(0,5).
f(x) = x·sin(x)x = 0,5 rad
f′(0.5) =
4.DerivadasDifícil
A reta tangente a f(x) = 2x2 + 3x em x = 1 corta o eixo y em y = b. Calcule b.
f(x) = 2x2 + 3xx = 1
b =
5.IntegraisMédia
Calcule I = ∫01 2x·(x² + 1)1 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)1[0, 1]
I =
6.IntegraisDifícil
Calcule a área A da região limitada por y = x2 e y = x.
y = x2y = x
A =
7.Números complexosMédia
Escreva z = −3 + j6 na forma exponencial r·ejθ. Dê θ em radianos, entre −π e π.
z = −3 + j6
θ = rad
8.Números complexosDifícil
Use o teorema de De Moivre para encontrar a parte imaginária de z⁶ para z = −1 + j.
z = −1 + jn = 6
Im(z⁶) =
9.Equações diferenciaisMédia
Resolva y″ + 8y′ + 15y = 0 com y(0) = 2 e y′(0) = 2. Encontre y(2).
y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 2y′(0) = 2
y(2) =
10.Equações diferenciaisDifícil
Resolva o problema de valor inicial y′ + 2y/x = 4x2 para x > 0, com y(1) = −2. Encontre y(3).
y′ + 2y/x = 4x2y(1) = −2
y(3) =
11.Matrizes e determinantesMédia
Calcule o determinante det A da matriz 3×3 A apresentada.
A = [2 3 0; 0 −2 5; 2 −1 1]
det A =
12.Matrizes e determinantesDifícil
Resolva o sistema −2x + 5y = 5 e −5x + 5y = −12. Calcule x.
−2x + 5y = 5−5x + 5y = −12
x =
13.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
Encontre o valor de k para o qual os vetores a = (−4, 6, −5) e b = (k, −5, −4) são perpendiculares.
a = (−4, 6, −5)b = (k, −5, −4)
k =
14.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
Encontre o volume V do paralelepípedo cujas arestas a partir de um vértice são a = (−1, 5, 2), b = (−2, −4, −3) e c = (−1, 0, 1).
a = (−1, 5, 2)b = (−2, −4, −3)c = (−1, 0, 1)
V =
15.ProbabilidadesMédia
Para a distribuição mostrada, encontre o desvio padrão σ de X.
x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,35, 0,3, 0,05, 0,2, 0,1
σ =
16.ProbabilidadesDifícil
Testam-se 10 componentes e cada um avaria com probabilidade 0,25, de forma independente. Qual é a probabilidade P de avariar no máximo um?
n = 10p = 0,25
P =
17.Estatística descritivaMédia
Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 24, 21, 54, 46, 58.
n = 5
s =
18.Estatística descritivaDifícil
As notas de um exame seguem uma distribuição normal com média 70 e desvio-padrão 12. Calcule a pontuação z z de uma nota de 64.
μ = 70σ = 12x = 64
z =
19.Distribuição normalMédia
Arraste z para que a área sombreada sob a curva normal padrão, à direita de z, seja 0,0188. Encontre z com duas casas decimais.
A = 0,0188
z =
20.Distribuição normalDifícil
As alturas X dos homens e Y das mulheres de um grupo são independentes e normais: X tem média 180 cm e desvio padrão 10 cm, Y tem média 170 cm e desvio padrão 12 cm. Encontre a probabilidade P de X ser maior que Y. Arredonde z para duas casas decimais.
μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
3Soluções
1.Limites
Resposta: L = 1,5
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/(√(x2 + 3x) + x)
Dividir por x
f(x) = 3/(√(1 + 3/x) + 1)
Fazer x → ∞
L = 3/(1 + 1) = 1,5
Resposta
L = 1,5
2.Limites
Resposta: L = 2,5
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).
Regra de L'Hôpital
L = limx→0 [5/(1 + 5x)]/[2·cos 2x]
Substituir x = 0
L = 5/2 = 2,5
Resposta
L = 2,5
3.Derivadas
Resposta: f′(0.5) = 0,9182
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′(0,5) = 0,4794 + 0,5·0,8776 = 0,9182
Resposta
f′(0,5) = 0,9182
4.Derivadas
Resposta: b = −2
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(1) = 5
f′(x) = 4x + 3 → f′(1) = 7
Reta tangente em x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 5 − 7·1 = −2
Resposta
b = −2
5.Integrais
Resposta: I = 1,5
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 u1 du
Integrar e avaliar
I = [u2/2]12 = (4 − 1)/2 = 1,5
Resposta
I = 1,5
6.Integrais
Resposta: A = 0,1667
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
x2 = x → x = 0, x = 1
Integrar superior menos inferior
A = [0,5x2 − 0,3333x3]01 = 0,1667
Resposta
A = 0,1667
7.Números complexos
Resposta: θ = 2,034 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 = √(9 + 36) = 6,708
Argumento em radianos
θ = 116,6° = 116,6·π/180 = 2,034 rad
Forma exponencial
z = 6,708·ej2,034
Resposta
θ = 2,034 rad
8.Números complexos
Resposta: Im(z⁶) = 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 = −1 + j = √2∠135°
De Moivre
z⁶ = (√2)⁶∠810° = 8∠90°
Forma retangular
z⁶ = 8·(cos 90° + j sin 90°) = j8
Im(z⁶) = 8
Resposta
Im(z⁶) = 8
9.Equações diferenciais
Resposta: y(2) = 0,01469
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 + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5
Constantes a partir dos valores iniciais
A + B = 2, −3A − 5B = 2
A = 6, B = −4
Calcular
y(2) = 6·e−6 + (−4)·e−10 = 0,01469
Resposta
y(2) = 0,01469
10.Equações diferenciais
Resposta: y(3) = 21,29
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
−2 = 4/5 + C → C = −2,8
Calcular
y(3) = (4·35/5 + (−2,8))/32 = 21,29
Resposta
y(3) = 21,29
11.Matrizes e determinantes
Resposta: det A = 36
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 = 3, M₁₂ = −10, M₁₃ = 4
Desenvolvimento por cofatores
det A = 2·3 − 3·(−10) + 0·4 = 36
Resposta
det A = 36
12.Matrizes e determinantes
Resposta: x = 5,667
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)·5 − 5·(−5) = 15
Substituir a coluna de x
det Aₓ = 5·5 − 5·(−12) = 85
x = 85/15 = 5,667
Resposta
x = 5,667
y = 3,267
13.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: k = −2,5
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 igual a zero
a·b = (−4)·k + 6·(−5) + (−5)·(−4) = 0
−10 + (−4)·k = 0
Resolver para k
k = −(−10)/(−4) = −2,5
Resposta
k = −2,5
14.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: V = 21
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 b × c
(b × c)x = bycz − bzcy = (−4)·1 − (−3)·0 = −4
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−3)·(−1) − (−2)·1 = 5
(b × c)z = bxcy − bycx = (−2)·0 − (−4)·(−1) = −4
Produto escalar com a
a·(b × c) = (−1)·(−4) + 5·5 + 2·(−4) = 21
V = |21| = 21
Resposta
V = 21
15.Probabilidades
Resposta: σ = 1,393
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.
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) = 0,7510 = 0,05631
P(X = 1) = 10·0,25·0,759 = 0,1877
Some
P = 0,05631 + 0,1877 = 0,244
Resposta
P = 0,244
17.Estatística descritiva
Resposta: s = 17,11
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 = (64 − 70)/12 = −0,5
Resposta
z = −0,5
19.Distribuição normal
Resposta: z = 2,08
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 − 0,0188 = 0,9812
Leia a tabela de z ao contrário
Encontre 0,9812 dentro da tabela e leia z.
z = 2,08
Resposta
z = 2,08
20.Distribuição normal
Resposta: P = 0,7389
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).