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Formulario completo di Analisi Matematica 2: ODE, curve, calcolo in Rⁿ, funzioni vettoriali, integrali multipli, campi, Fourier. Tutte le formule in PDF.
Equazioni Differenziali del 1° Ordine
F(x,y,y′)=0⟶y′=f(x,y)
y(x0)=y0(problema di Cauchy)
y′=f(x,y)⇒pendenza f(x,y) in ogni punto
∫h(y)dy=∫g(x)dx+C
h(y0)=0⇒y≡y0 soluzione costante
y′=ky⟹y=y0ek(x−x0)
μ(x)=e∫P(x)dx
(μy)′=μQ
y=μ1(∫μQdx+C)
z=y1−n
z′+(1−n)P(x)z=(1−n)Q(x)
y=z1/(1−n)
v=xy,y′=v+xv′
xdxdv=F(v)−v
∫F(v)−vdv=ln∣x∣+C
∂yM=∂xN⇔esatta
Fx=M,Fy=N⇒F(x,y)=C
μx=e∫NMy−Nxdx
f continua⇒∃ soluzione (Peano)
∣f(x,y1)−f(x,y2)∣≤L∣y1−y2∣⇒∃!(Picard)
y′=∣y∣,y(0)=0: y≡0 e y=x2/4
ODE del 2° Ordine e Sistemi Differenziali
ay′′+by′+cy=f(x)
y(x0)=y0,y′(x0)=y0′
F=mx′′(II legge di Newton)
W(y1,y2)=y1y2′−y1′y2
W=0⟺y1,y2 indipendenti
y=C1y1+C2y2+yP
aλ2+bλ+c=0,Δ=b2−4ac
Δ>0:C1eλ1x+C2eλ2x
Δ=0:(C1+C2x)eλx
Δ<0:eαx(C1cosβx+C2sinβx)
y′′+py′+qy=ekx⇒yP=k2+pk+qekx(se k2+pk+q=0)
risonanza⇒moltiplica per x
u1′=−aWy2f,u2′=aWy1f
yP=u1y1+u2y2
mx′′+γx′+kx=F0cosωt
ω0=k/m
xP=2mω0F0tsin(ω0t)(risonanza)
x′=Ax
det(A−λI)=λ2−tr(A)λ+det(A)=0
x=C1eλ1tv1+C2eλ2tv2
τ=tr(A),δ=det(A)
stabile⟺τ<0 e δ>0
sella⟺δ<0,centro⟺τ=0,δ>0
Calcolo per le Curve
r(t)=(x(t),y(t),z(t))
T^(t)=∣r′(t)∣r′(t)
regolare⟺r′(t)=0∀t
L=∫abx′2+y′2+z′2dt
ds=∣r′(t)∣dt
L=∫αβr2+r′2dθ(polari)
κ=dsdT^=∣r′∣3∣r′×r′′∣
κ=(1+y′2)3/2∣y′′∣
ρ=κ1(raggio di curvatura)
∫γfds=∫abf(r(t))∣r′(t)∣dt
massa=∫γρds,fˉ=L1∫γfds
∫γF⋅dr=∫ab(Px′+Qy′+Rz′)dt
∫−γF⋅dr=−∫γF⋅dr
F=∇U⟹∫γF⋅dr=U(B)−U(A)
∮γF⋅dr=0(campo conservativo)
∂yP=∂xQ(in dominio semplicemente connesso)
x=rcosθ,y=rsinθ
A=21∫αβr2dθ
r=a(1+cosθ)(cardioide)
N^=T^′/∣T^′∣,B^=T^×N^
T^′=κN^,B^′=−τN^
τ=0⟺curva piana
Calcolo Differenziale in ℝⁿ
f:R2→R,(x,y)↦f(x,y)
Lc={x∈Rn:f(x)=c}
∀ε>0∃δ>0:∣x−x0∣<δ⟹∣f(x)−L∣<ε
limiti diversi su due cammini⇒∄lim
∂xf=h→0limhf(x0+h,y0)−f(x0,y0)
f(x0+h)=f(x0)+∇f⋅h+o(∣h∣)
f∈C1⇒f differenziabile⇒f continua
∇f=(∂xf,∂yf)
Dv^f=∇f⋅v^≤∣∇f∣
∇f⊥Lc(curve di livello)
z=f0+fx(x−x0)+fy(y−y0)
f(x0+h)≈f0+∇f⋅h+21hTHfh
∇f(x0)=0(punto critico)
Hf=(fxxfyxfxyfyy),detHf=fxxfyy−fxy2
detH>0,fxx>0⇒min;detH<0⇒sella
dtdf(r(t))=∇f⋅r′(t)
Fx+Fyφ′=0⇒φ′(x)=−FyFx
∇f=λ∇g,g(x,y)=0
⎩⎨⎧fx=λgxfy=λgyg=0
Funzioni Vettoriali e Varietà
f:Rn→Rm,f=(f1,…,fm)
r(u,v):R2→R3(superficie)
Jf=∂1f1⋮∂1fm⋯⋯∂nf1⋮∂nfm
f(x0+h)≈f(x0)+Jfh
∣detJf∣=fattore di dilatazione dei volumi
Jf∘g(x)=Jf(g(x))⋅Jg(x)
(m×n)⋅(n×p)=m×p
detJf(x0)=0⟹f localmente invertibile
Jf−1=[Jf]−1
det(∂F/∂y)=0⇒y=g(x)
Jg=−(∂y∂F)−1∂x∂F
n=ru×rv
dS=∣ru×rv∣dudv
A=∬D∣ru×rv∣dudv
∇f=λ∇g,g=0
∇f=i=1∑kλi∇gi,g1=⋯=gk=0
∬T(D)fdxdy=∬Df(T)∣detJT∣dudv
dxdy=rdrdθ(polari)
dV=ρ2sinϕdρdϕdθ(sferiche)
Integrali Multipli
∬DfdA=ΔA→0limi∑f(xi,yi)ΔA
∬D1dA=area(D)
∬RfdA=∫ab∫cdfdydx=∫cd∫abfdxdy
f continua⇒ordine scambiabile
Dy-norm={a≤x≤b, g1(x)≤y≤g2(x)}
∬Df=∫ab∫g1(x)g2(x)fdydx
x=rcosθ, y=rsinθ,dA=rdrdθ
∬DfdA=∫αβ∫0R(θ)frdrdθ
∭VfdV=∫ab∫g1g2∫h1h2fdzdydx
∭V1dV=volume(V)
dVcil=rdrdθdz
dVsfer=ρ2sinϕdρdϕdθ
x2+y2+z2=ρ2
∬Dfdxdy=∬D∗f(Φ)∣detJΦ∣dudv
JΦ=∂(u,v)∂(x,y)
m=∭VρdV
xˉ=m1∭VxρdV
Iz=∭V(x2+y2)ρdV
Campi Vettoriali e Teoremi Integrali
F:Rn→Rn,x↦F(x)
r′(t)=F(r(t))(linee di flusso)
∇⋅F=∂xP+∂yQ+∂zR
∇×F=(Ry−Qz,Pz−Rx,Qx−Py)
∇⋅F>0:sorgente,<0:pozzo
F=∇U⟺∇×F=0(dominio s.c.)
∇×(∇U)=0
∮γF⋅dr=0 su ogni curva chiusa
Φ=∬ΣF⋅n^dS
=∬DF⋅(ru×rv)dudv
∮∂D(Pdx+Qdy)=∬D(Qx−Py)dA
A=21∮∂D(xdy−ydx)
∬∂VF⋅dS=∭V(∇⋅F)dV
∇⋅E=ρ/ε0(Gauss)
∮∂ΣF⋅dr=∬Σ(∇×F)⋅dS
∮B⋅dr=μ0I(Ampeˋre)
∇⋅(∇×F)=0
∫Ωdω=∫∂Ωω(Stokes generale)
Serie di Potenze, Fourier e Trasformate
lim∣an+1/an∣=L<1⟹conv. assoluta
limsupn∣an∣=L<1⟹conv. assoluta
∑(−1)nbn,bn↘0⟹converge (Leibniz)
n=1∑∞1/np converge ⟺p>1
R=1/limsupn∣cn∣
∣x−x0∣<R⟹conv. assoluta
f′(x)=∑ncn(x−x0)n−1(stesso R)
f(x)=n=0∑∞n!f(n)(x0)(x−x0)n
ex=∑xn/n!,sinx=∑(−1)nx2n+1/(2n+1)!
ln(1+x)=∑(−1)n−1xn/n,∣x∣≤1
(nα)=n!α(α−1)⋯(α−n+1)
f(x)∼2a0+n=1∑∞(ancosLnπx+bnsinLnπx)
an=L1∫−LLf(x)cosLnπxdx,bn=L1∫−LLf(x)sinLnπxdx
cn=2L1∫−LLf(x)e−inπx/Ldx
f pari⇒bn=0,f dispari⇒an=0
f(x±)=h→0+limf(x±h)
Dirichlet: 2f(x+)+f(x−) nelle discontinuitaˋ
Parseval: 2L1∫−LL∣f∣2=−∞∑∞∣cn∣2
f^(ξ)=∫−∞∞f(x)e−2πiξxdx
f(x)=∫−∞∞f^(ξ)e2πiξxdξ
f′=2πiξf^,f∗g=f^g^
F(s)=∫0∞f(t)e−stdt
L{f′}=sF(s)−f(0),L{f′′}=s2F(s)−sf(0)−f′(0)
L{eat}=1/(s−a),L{sinωt}=ω/(s2+ω2)
L{y(n)}=snY(s)−sn−1y(0)−⋯−y(n−1)(0)
t→∞limf(t)=s→0limsF(s)(valore finale)
H(s)=Y(s)/U(s)(funzione di trasferimento)
