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→∞ (−5x2 − x − 7)/(5x2 + 4x + 8).
f(x) = (−5x2 − x − 7)/(5x2 + 4x + 8)x → ∞
L =
2.LimitesDifícil
Encontre o limite L = limx→0 (e−2x − 1 + 2x)/x².
f(x) = (e−2x − 1 + 2x)/x²x → 0
L =
3.DerivadasMédia
Seja f(x) = ln(3x2 + 2). Calcule f′(2).
f(x) = ln(3x2 + 2)x = 2
f′(2) =
4.DerivadasDifícil
Seja f(x) = x3 − 10,5x2 + 36x + 4. Calcule a abcissa x do máximo local.
f(x) = x3 − 10,5x2 + 36x + 4
x =
5.IntegraisMédia
Calcule I = ∫₁5 x·ln x dx.
∫₁5 x ln x dx
I =
6.IntegraisDifícil
Calcule a área A da região limitada por y = x2 e y = 4x.
y = x2y = 4x
A =
7.Números complexosMédia
Dados z₁ = 2,5∠30° e z₂ = 3∠20°, encontre o argumento θ de w = z₁·z₂ em graus, entre −180° e 180°.
z₁ = 2,5∠30°z₂ = 3∠20°
θ = °
8.Números complexosDifícil
Uma raiz de z³ − z² − z − 15 = 0 é z₁ = −1 + j2. Os coeficientes são reais. Encontre a raiz real r.
z₁ = −1 + j2
r =
9.Equações diferenciaisMédia
Uma lata de refrigerante a 6 °C é tirada da geladeira e levada para uma sala a 24 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Com k = 0,06 min⁻¹, encontre a sua temperatura T após 25 min.
T0 = 6 °CTa = 24 °Ck = 0,06 min⁻¹t = 25 min
T = °C
10.Equações diferenciaisDifícil
Resolva o problema de valor inicial y′ + 3y/x = 3 para x > 0, com y(1) = −1. Encontre y(2).
y′ + 3y/x = 3y(1) = −1
y(2) =
11.Matrizes e determinantesMédia
Calcule o determinante det A da matriz 3×3 A apresentada.
A = [1 5 −1; −5 3 −1; −5 3 1]
det A =
12.Matrizes e determinantesDifícil
Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.
A = [5 −3; 3 −5]
λ =
13.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
Encontre o produto escalar a·b de a = (−4, 5, −1) e b = (7, −4, 6).
a = (−4, 5, −1)b = (7, −4, 6)
a·b =
14.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
Encontre a área A do triângulo de vértices A(2, −4, 2), B(−4, 4, 4) e C(4, 1, 3). As coordenadas estão em metros.
A(2, −4, 2)B(−4, 4, 4)C(4, 1, 3)
A = m²
15.ProbabilidadesMédia
Para a distribuição mostrada, encontre a variância Var(X) de X.
x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,25, 0,25, 0,25, 0,25
Var(X) =
16.ProbabilidadesDifícil
Testam-se 8 componentes e cada um avaria com probabilidade 0,2, de forma independente. Qual é a probabilidade P de avariar no máximo um?
n = 8p = 0,2
P =
17.Estatística descritivaMédia
Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 32, 55, 56, 41, 30.
n = 5
s =
18.Estatística descritivaDifícil
Uma grandeza segue uma distribuição normal com média 170 e desvio-padrão 20. Que proporção P dos valores está acima de 195?
μ = 170σ = 20x = 195
P =
19.Distribuição normalMédia
As pontuações de QI seguem uma distribuição normal com média 100 pontos e desvio-padrão 15 pontos. Que fração está entre 85 e 118,75 pontos? Dê P em forma decimal.
μ = 100σ = 15x1 = 85x2 = 118,75
P =
20.Distribuição normalDifícil
As pontuações de QI seguem uma distribuição normal com média 100 pontos e desvio-padrão 15 pontos. Calcule o valor x abaixo do qual estão 25% delas (o percentil 25).
μ = 100σ = 15P = 25%
x = pontos
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
(−5 + (−1)/x + (−7)/x2)/(5 + 4/x + 8/x2)
Fazer x → ∞
L = −5/5 = −1
Resposta
L = −1
Para graus iguais o limite é a razão entre os coeficientes dominantes.
2.Limites
Resposta: L = 2
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·e−2x + 2)/(2x) → 0/0
Segunda aplicação
4·e−2x/2
Substituir x = 0
L = 4·1/2 = 2
Resposta
L = 2
3.Derivadas
Resposta: f′(2) = 0,8571
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) = 6x/(3x2 + 2)
Substituir
f′(2) = 12/14 = 0,8571
Resposta
f′(2) = 0,8571
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 − 21x + 36 = 3·(x2 − 7x + 12)
Resolver f′(x) = 0
x = 3 ou x = 4
Qual é qual
f″(x) = 6x − 21: negativa num máximo, positiva num mínimo.
f″(3) = −3, f″(4) = 3
x = 3
Resposta
x = 3
5.Integrais
Resposta: I = 14,12
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 = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Primitiva
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Limites
(12,5·ln 5 − 6,25) − (0 − 0,25) = 14,12
Resposta
I = 14,12
6.Integrais
Resposta: A = 10,67
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
x2 = 4x → x = 0, x = 4
Integrar superior menos inferior
A = [2x2 − 0,3333x3]04 = 10,67
Resposta
A = 10,67
7.Números complexos
Resposta: θ = 50 °
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 e argumento de w
|w| = 2,5 · 3 = 7,5
θ = 30° + 20° = 50°
Argumento
θ = 50°
Resposta
θ = 50°
8.Números complexos
Resposta: r = 3
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.
Confira com a soma das raízes: z₁ + z₂ + r = −2 + 3 = 1 = −(−1).
9.Equações diferenciais
Resposta: T = 19,98 °C
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.
Solução da lei de resfriamento
T(t) = 24 + (−18)·e−0,06t
Substituir t
T(25) = 24 + (−18)·0,2231 = 19,98 °C
Resposta
T = 19,98 °C
10.Equações diferenciais
Resposta: y(2) = 1,281
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∫3/x dx = x3
Integrar
(x3y)′ = 3x3 → x3y = 3x4/4 + C
Condição inicial
−1 = 3/4 + C → C = −1,75
Calcular
y(2) = (3·24/4 + (−1,75))/23 = 1,281
Resposta
y(2) = 1,281
11.Matrizes e determinantes
Resposta: det A = 56
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 = 6, M₁₂ = −10, M₁₃ = 0
Desenvolvimento por cofatores
det A = 1·6 − 5·(−10) + (−1)·0 = 56
Resposta
det A = 56
12.Matrizes e determinantes
Resposta: λ = 4
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 − (0)λ + (−16) = 0
Resolva
λ = (0 ± √(64))/2 → λ = −4, 4
λ = 4
Resposta
λ = 4
13.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: a·b = −54
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.
Negativo: o ângulo entre os vetores é maior que 90°.
14.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: A = 23,56 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.
Vetores das arestas
AB = B − A = (−6, 8, 2)
AC = C − A = (2, 5, 1)
Produto vetorial
(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 8·1 − 2·5 = −2
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 2·2 − (−6)·1 = 10
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = (−6)·5 − 8·2 = −46
|AB × AC| = √((−2)² + 10² + (−46)²) = 47,12
Área do triângulo
A = ½·47,12 = 23,56 m²
Resposta
A = 23,56 m²
15.Probabilidades
Resposta: Var(X) = 1,25
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 = 1·0,25 + 2·0,25 + 3·0,25 + 4·0,25 = 2,5
Média dos quadrados
E(X²) = 1·0,25 + 4·0,25 + 9·0,25 + 16·0,25 = 7,5
Variância
Var(X) = 7,5 − 2,5² = 1,25
Resposta
Var(X) = 1,25
16.Probabilidades
Resposta: P = 0,5033
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) = 0,88 = 0,1678
P(X = 1) = 8·0,2·0,87 = 0,3355
Some
P = 0,1678 + 0,3355 = 0,5033
Resposta
P = 0,5033
17.Estatística descritiva
Resposta: s = 12,32
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 = 1,25
Tabela da normal padrão
Φ(1,25) = 0,8944
P = 1 − 0,8944 = 0,1056
Resposta
P = 0,1056
19.Distribuição normal
Resposta: P = 0,7357
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.
Pontuações z
z₁ = (85 − 100)/15 = −1
z₂ = (118,75 − 100)/15 = 1,25
Área entre os valores
P = Φ(1,25) − Φ(−1) = 0,8944 − 0,1587 = 0,7357
Resposta
P = 0,7357
20.Distribuição normal
Resposta: x = 89,88 pontos
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.