Matemáticas para ingeniería 2: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 16 problemas de práctica, con las soluciones completas al final.

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1Fórmulas y métodos

Ecuaciones diferenciales

Crecimiento/decrecimiento exponencial
dy/dt = ky → y = y0ekt
Periodo de semidesintegración
k = ln 2 / t½
Ley de enfriamiento de Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Factor integrante
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Depósito de mezcla
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Matrices y determinantes

determinante 2×2
det = ad − bc
Inversa de 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Producto
(AB)ij = Σk AikBkj
Valores propios
det(A − λI) = 0
Regla de Cramer
xi = det(Ai)/det(A)

Vectores: producto escalar y vectorial

Módulo
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vector unitario
û = a/|a|
Componentes a partir de un ángulo
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Producto escalar
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Proyección escalar de a sobre b
a·b/|b|
Trabajo
W = F·d
Producto vectorial
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Áreas
paralelogramo |a × b|, triángulo ½|a × b|
Momento respecto a O
MO = r × F, r = A − O
Volumen de un paralelepípedo
V = |a·(b × c)|

Método

  1. Escribe cada vector en componentes; para una fuerza dada por un módulo y un ángulo, usa F·cos θ y F·sin θ.
  2. Para longitudes y direcciones usa el módulo √(x² + y² + z²) y el vector unitario a/|a|.
  3. Usa el producto escalar para ángulos, proyecciones, perpendicularidad y trabajo: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Usa el producto vectorial para vectores perpendiculares, áreas y momentos: escribe con cuidado las tres componentes, manteniendo el orden a × b.

Integrales

Regla de la potencia
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integral definida
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integrales habituales
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Área entre curvas
∫ab (f − g) dx

Método

  1. Reescribe el integrando como suma de términos sencillos siempre que puedas.
  2. Aplica la regla de la potencia: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), y las integrales inmediatas de ex, 1/x, sin y cos.
  3. Usa un cambio de variable cuando veas una función junto con su derivada.
  4. En una integral definida, calcula F(b) − F(a).

Cálculo multivariable

Derivadas parciales
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradiente
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Derivada direccional
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Plano tangente
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Regla de la cadena
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Criterio de la segunda derivada
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Integral doble
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Coordenadas polares
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Método

  1. En una derivada parcial, trata la otra variable como una constante y usa las reglas de una variable.
  2. En las preguntas de gradiente calcula ∇f = (fx, fy) en el punto; usa |∇f| para la pendiente máxima y ∇f·u con un vector unitario u para una derivada direccional.
  3. Para los extremos resuelve fx = 0 y fy = 0 a la vez y luego clasifica cada punto con D = fxx·fyy − fxy².
  4. En una integral doble dibuja la región, elige el orden (o coordenadas polares para los discos) de modo que los límites interiores sean las curvas que la acotan, e integra primero la interior.

Sucesiones y series

Sucesión aritmética
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Sucesión geométrica
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Series geométricas infinitas
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Serie p
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Criterio del cociente
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Radio de convergencia
R = lim |ck/ck+1|
Polinomio de Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Serie de Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Cota del error de Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Método

  1. Identifica el tipo: aritmética (diferencia constante), geométrica (razón constante), una serie estándar, una serie de potencias o un polinomio de Taylor.
  2. Para las sumas usa Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), o S = a₁/(1 − r) cuando |r| < 1, con a₁ el primer término de la suma.
  3. Para la convergencia: primero el criterio del término n-ésimo, luego compara con Σ1/kᵖ o con una serie geométrica, y usa el criterio del cociente o de la raíz para factoriales y potencias k-ésimas.
  4. Para los polinomios de Taylor enumera f(a), f′(a), f″(a), …, divide la derivada k-ésima entre k! y acota el error con M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Convolución y sistemas LTI

Convolución discreta
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Convolución continua
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Longitud y suma
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Inicio, final y área
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Escalón sobre e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Sistema de primer orden
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Recursión de primer orden
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Sinusoide a través de h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Amplitudes de la serie de Fourier
cuadrada ±A: 4A/(kπ), k impar; triangular ±A: 8A/(π²k²), k impar; tren de pulsos: A·D y (2A/(kπ))|sin kπD|

Método

  1. Dibuja ambas señales y anota dónde es distinta de cero cada una.
  2. Invierte h y deslízala: para cada instante de salida, halla el rango donde ambas señales se solapan.
  3. Multiplica y suma (discreto) o multiplica e integra (continuo) solo en ese solapamiento.
  4. Comprueba el resultado: la salida empieza en la suma de los instantes iniciales, termina en la suma de los instantes finales, y su área o suma es el producto de las áreas o sumas de las entradas.

2Problemas de práctica

1.Ecuaciones diferencialesMedia
tyy(0) = 3y(1) = ?

Resuelve y″ + 8y′ + 16y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = -1. Halla y(1).

y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 3y′(0) = -1
y(1) =
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyy(0) = 3y(0,5) = ?

Resuelve y″ + 3y′ + 11,25y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = 0 (soltado desde el reposo). Halla y(0,5); ángulos en radianes.

y″ + 3y′ + 11,25y = 0y(0) = 3y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =33−51−5−20−13

Calcula el determinante det A de la matriz 3×3 A mostrada.

A = [3 3 −5; 1 −5 −2; 0 −1 3]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =46−3−5

Calcula el valor propio mayor λ de la matriz A mostrada.

A = [4 6; −3 −5]
λ =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla el ángulo θ entre los vectores a = (1, 1, −5) y b = (−3, 4, −1), en grados.

a = (1, 1, −5)b = (−3, 4, −1)
θ = °
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzrFOA

Una fuerza F = (40, −40, −30) N actúa en el punto A(−3, 4, 2). Las coordenadas están en metros. Halla el módulo |M| del momento de la fuerza respecto a el punto O(−1, −1, 3).

F = (40, −40, −30) NA(−3, 4, 2) mO(−1, −1, 3) m
|M| = N·m
7.IntegralesMedia
xyπ/2y = x·cos x

Calcula I = ∫₀π/2 x·cos x dx (x en radianes).

∫₀π/2 x·cos x dx
I =
8.IntegralesDifícil
xy2,5y = x²eˣ

Calcula I = ∫₀2,5 x²·eˣ dx.

∫₀2,5 x²eˣ dx
I =
9.Cálculo multivariableMedia
xy−2024−202PQ

Para f(x, y) = 2 ln(x² + y²), halla la derivada direccional Duf en P(2, 1) en la dirección hacia Q(−2, −2).

f(x, y) = 2 ln(x² + y²)P = (2, 1)Q = (−2, −2)
Duf =
10.Cálculo multivariableDifícil
xyy = 1,5y = x1,51,5

La integral I = ∫01,5 ∫x1,5 sin(y²) dy dx no se puede calcular en este orden. Invierte el orden de integración y calcúlala.

f = sin(y²)0 ≤ x ≤ y ≤ 1,5
I =
11.Sucesiones y seriesMedia
xx₀ = 0??R

Halla el radio de convergencia R de la serie de potencias Σk=1∞ k·3ᵏ·xᵏ.

Σ k·3ᵏ·xᵏx₀ = 0
R =
12.Sucesiones y seriesDifícil

f(x) = cos x se aproxima en x = 1 por su polinomio de Maclaurin de grado n. Con la cota de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! y M = 1, halla el menor grado n que garantiza un error inferior a 0,001.

f(x) = cos xx = 1M = 1ε = 0,001
n =
13.Transformadas de LaplaceMedia
t (s)f(t)t = 0,1f(0,1) = ?

Halla f(t) para F(s) = (3s + 2)/(s² + 8s + 16) y evalúa f(0,1).

F(s) = (3s + 2)/(s² + 8s + 16)t = 0,1 s
f(0.1) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−1−212

Un sistema se describe con la ecuación diferencial y″ + 2y′ + 5y = 3u′ + 7u, con entrada u(t) y salida y(t). Halla su función de transferencia G(s) = Y(s)/U(s) (condiciones iniciales nulas) y evalúa la respuesta al impulso g(t) en t = 0,2 s. Halla g(0,2).

y″ + 2y′ + 5y = 3u′ + 7ut = 0,2 s
g(0.2) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t25h(t)t1

El pulso x(t) = 5 para 0 ≤ t < 2 s (cero en el resto) se aplica a un sistema con h(t) = e−0,5tu(t). Halla la salida y(3,5) en t = 3,5 s, cuando el pulso ya ha terminado.

x(t) = 5, 0 ≤ t < 2 sh(t) = e−0,5tu(t)t = 3,5 s
y(3.5) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
δ[n]2+h[n]0,5·z⁻¹+

Un sistema obedece y[n] = 0,5·y[n − 1] + 2·x[n] y parte del reposo. Halla la muestra h[5] de su respuesta al impulso.

y[n] = 0,5y[n − 1] + 2x[n]x[n] = δ[n]
h[5] =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1) = 0,2564

Ecuaciones lineales de segundo orden: para y″ + b·y′ + c·y = 0 prueba y = ert: esto da la ecuación característica r² + b·r + c = 0. Dos raíces reales r₁ ≠ r₂ dan y = A·er₁t + B·er₂t (sobreamortiguado); una raíz doble r da y = (A + Bt)·ert (amortiguamiento crítico); las raíces complejas −α ± jω dan y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (subamortiguado, oscilante). Los valores iniciales y(0) e y′(0) fijan A y B. Escrita como y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn es la frecuencia natural y ζ el factor de amortiguamiento: con ζ < 1 hay oscilación. Con una entrada constante, y″ + by′ + cy = c·K, la solución es el valor estacionario K más la respuesta libre.

Raíz doble

(r + 4)² = 0 → r = −4

Constantes

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 4A → B = -1 + 12 = 11

Evalúa

y(1) = (3 + 11·1)·e−4 = 0,2564

Respuesta

y(1) = 0,2564
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(0.5) = 0,807

Ecuaciones lineales de segundo orden: para y″ + b·y′ + c·y = 0 prueba y = ert: esto da la ecuación característica r² + b·r + c = 0. Dos raíces reales r₁ ≠ r₂ dan y = A·er₁t + B·er₂t (sobreamortiguado); una raíz doble r da y = (A + Bt)·ert (amortiguamiento crítico); las raíces complejas −α ± jω dan y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (subamortiguado, oscilante). Los valores iniciales y(0) e y′(0) fijan A y B. Escrita como y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn es la frecuencia natural y ζ el factor de amortiguamiento: con ζ < 1 hay oscilación. Con una entrada constante, y″ + by′ + cy = c·K, la solución es el valor estacionario K más la respuesta libre.

Raíces complejas

r = −1,5 ± 3j

Constantes

A = 3, B = 1,5·3/3 = 1,5

Evalúa

y(0,5) = e−0,75(3·cos 1,5 + 1,5·sin 1,5) = 0,807

Respuesta

y(0,5) = 0,807
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = −55

Matrices: el determinante de una matriz 2×2 es ad − bc. En 3×3, desarrolla por una fila: cada elemento por el determinante de la matriz 2×2 que queda al quitar su fila y su columna, con signos alternos + − +. Los valores propios λ cumplen det(A − λI) = 0; en 2×2 es λ² − (traza)·λ + det = 0.

Menores 2×2 de la primera fila

M₁₁ = −17, M₁₂ = 3, M₁₃ = −1

Desarrollo por cofactores

det A = 3·(−17) − 3·3 + (−5)·(−1) = −55

Respuesta

det A = −55
4.Matrices y determinantes

Respuesta: λ = 1

Matrices: el determinante de una matriz 2×2 es ad − bc. En 3×3, desarrolla por una fila: cada elemento por el determinante de la matriz 2×2 que queda al quitar su fila y su columna, con signos alternos + − +. Los valores propios λ cumplen det(A − λI) = 0; en 2×2 es λ² − (traza)·λ + det = 0.

Ecuación característica

λ² − (−1)λ + (−2) = 0

Resuelve

λ = (−1 ± √(9))/2 → λ = −2, 1
λ = 1

Respuesta

λ = 1
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: θ = 76,91 °

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.

Producto escalar

a·b = 1·(−3) + 1·4 + (−5)·(−1) = 6

Módulos

|a| = √(1² + 1² + (−5)²) = 5,196
|b| = √((−3)² + 4² + (−1)²) = 5,099

Ángulo

cos θ = 6/(5,196·5,099) = 0,2265
θ = arccos(0,2265) = 76,91°

Respuesta

θ = 76,91°
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: |M| = 246 N·m

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.

Vector de posición de O a A

r = A − O = (−3, 4, 2) − (−1, −1, 3) = (−2, 5, −1) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 5·(−30) − (−1)·(−40) = −190 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−1)·40 − (−2)·(−30) = −100 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−2)·(−40) − 5·40 = −120 N·m

Módulo

|M| = √((−190)² + (−100)² + (−120)²) = 246 N·m

Respuesta

|M| = 246 N·m
7.Integrales

Respuesta: I = 0,5708

Integración por partes: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, a partir de la regla del producto. Elige como u el factor que se simplifica al derivarlo (una potencia de x, o ln x), y como dv el factor que sabes integrar (eˣ, sin x, cos x, o x cuando u = ln x). En una integral definida, evalúa u·v en ambos límites: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Un factor x² necesita dos vueltas.

Elige u y dv

u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x

Primitiva

∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x

Límites

(π/2·sin π/2 + cos π/2) − (0 + 1) = 0,5708

Respuesta

I = 0,5708
8.Integrales

Respuesta: I = 37,59

Integración por partes: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, a partir de la regla del producto. Elige como u el factor que se simplifica al derivarlo (una potencia de x, o ln x), y como dv el factor que sabes integrar (eˣ, sin x, cos x, o x cuando u = ln x). En una integral definida, evalúa u·v en ambos límites: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Un factor x² necesita dos vueltas.

Primera vuelta

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Segunda vuelta

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Límites

12,18·(3,25) − 1·2 = 37,59

Respuesta

I = 37,59
9.Cálculo multivariable

Respuesta: Duf = −1,76

Gradiente: ∇f = (fx, fy) apunta en la dirección de máximo crecimiento, y |∇f| es la mayor tasa de variación. La derivada direccional a lo largo de una dirección v es Duf = ∇f·u con el vector unitario u = v/|v|. El plano tangente en (a, b) es z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); da la aproximación lineal de f cerca de ese punto. Regla de la cadena: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Gradiente en el punto

fx = 4x/(x² + y²) → fx(2, 1) = 1,6
fy = 4y/(x² + y²) → fy(2, 1) = 0,8

Vector unitario

|v| = √((−4)² + (−3)²) = 5
u = (−0,8, −0,6)

Producto escalar

Duf = 1,6·(−0,8) + 0,8·(−0,6) = −1,76

Respuesta

Duf = −1,76
10.Cálculo multivariable

Respuesta: I = 0,8141

Puntos críticos e integrales dobles: un punto crítico cumple fx = fy = 0. Criterio de la segunda derivada con D = fxxfyy − fxy²: D > 0 y fxx > 0 es un mínimo local, D > 0 y fxx < 0 un máximo local, D < 0 un punto de silla, y D = 0 no decide nada. En una integral doble sobre una región general, los límites interiores son las curvas que acotan la región; para discos y sectores usa coordenadas polares, x = r cos θ, y = r sin θ y dA = r dr dθ (no olvides el factor r).

Región

0 ≤ x ≤ y, 0 ≤ y ≤ 1,5

Orden invertido

I = ∫01,5 ∫0y sin(y²) dx dy = ∫01,5 y·sin(y²) dy

Sustitución u = y²

I = [−cos(y²)/2]01,5 = 0,8141

Respuesta

I = 0,8141
11.Sucesiones y series

Respuesta: R = 0,3333

Convergencia: si los términos no tienden a 0, la serie diverge (criterio del término n-ésimo). Σ1/kᵖ converge solo para p > 1, y Σrᵏ solo para |r| < 1. Compara una serie con una de estas cuando sus términos se comporten como ellas para k grande. Criterio del cociente: L = lim |ak+1/ak|; criterio de la raíz: L = lim |ak|1/k. L < 1 converge, L > 1 diverge, L = 1 no decide nada. Una serie de potencias Σck(x − x₀)ᵏ converge para |x − x₀| < R con R = lim |ck/ck+1|; una serie alternada con términos decrecientes hacia 0 converge.

Coeficientes

ck/ck+1 = (1/3)·(k/(k + 1)) → 1/3

Radio

R = 0,3333

Respuesta

R = 0,3333

El criterio del cociente no dice nada en los dos extremos; hay que comprobarlos por separado.

12.Sucesiones y series

Respuesta: n = 6

Polinomios de Taylor: cerca de x = a una función suave se aproxima por Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; para a = 0 es el polinomio de Maclaurin. Series estándar: eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + x⁵/5! − …, cos x = 1 − x²/2! + x⁴/4! − …, ln(1 + x) = x − x²/2 + x³/3 − …, 1/(1 − x) = Σxᵏ. Cota del error de Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, donde M es el mayor valor de |f⁽ⁿ⁺¹⁾| entre a y x.

n(n + 1)!cota011120,5260,16673240,0416741200,00833357200,001389650400,0001984

Cotas para n creciente

n = 5: 0,001389 ≥ 0,001
n = 6: 0,0001984 < 0,001

Menor grado

n = 6

Respuesta

n = 6
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.1) = 1,341

Transformada de Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt convierte las derivadas en multiplicaciones por s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pares estándar: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), y un desplazamiento s → s + σ multiplica la función temporal por e−σt. Para invertir una F(s) racional, descomponla en fracciones parciales: el residuo de un polo simple p es A = [(s − p)·F(s)] en s = p. Teorema del valor final: f(∞) = lims→0 s·F(s), válido solo cuando todos los polos de s·F(s) están en el semiplano izquierdo. Teorema del valor inicial: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Factoriza el denominador

s² + 8s + 16 = (s + 4)²

Fracciones parciales

3s + 2 = 3(s + 4) + −10
F(s) = 3/(s + 4) − 10/(s + 4)²

Transformada inversa

f(t) = 3·e−4t − 10·t·e−4t
f(0,1) = (3 − 10·0,1)·e−4·0,1 = 1,341

Respuesta

f(0,1) = 1,341
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: g(0.2) = 2,9

Transformada de Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt convierte las derivadas en multiplicaciones por s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pares estándar: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), y un desplazamiento s → s + σ multiplica la función temporal por e−σt. Para invertir una F(s) racional, descomponla en fracciones parciales: el residuo de un polo simple p es A = [(s − p)·F(s)] en s = p. Teorema del valor final: f(∞) = lims→0 s·F(s), válido solo cuando todos los polos de s·F(s) están en el semiplano izquierdo. Teorema del valor inicial: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Función de transferencia

G(s) = Y(s)/U(s) = (3s + 7)/(s² + 2s + 5)

Fracciones parciales

s² + 2s + 5 = (s + 1)² + 2²
G(s) = 3·(s + 1)/((s + 1)² + 2²) + (4/2)·2/((s + 1)² + 2²)

Respuesta al impulso

g(t) = e−t·(3·cos 2t + 2·sin 2t)
g(0,2) = 2,9

Respuesta

g(0,2) = 2,9
15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(3.5) = 2,986

Convolución continua: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Invierte h, desplázala hasta la posición t e integra el producto de las partes que se solapan. Para señales causales la integral va de 0 a t. Resultados útiles: el área de y es el área de x por el área de h; si x dura de t₁ a t₂ y h de t₃ a t₄, y dura de t₁ + t₃ a t₂ + t₄. Para h(t) = e−atu(t) y un escalón de altura A, y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Salida al final del pulso

y(2) = (5/0,5)(1 − e−1) = 6,321

Decaimiento tras el pulso

y(3,5) = 6,321·e−0,5·1,5 = 2,986

Respuesta

y(3,5) = 2,986
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: h[5] = 0,0625

Respuesta al impulso y serie de Fourier: la respuesta al impulso h(t) describe por completo un sistema LTI: para y′ + a·y = b·x es h(t) = b·e−atu(t), y para y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] es h[n] = b·aⁿu[n]. Una sinusoide cos ωt pasa con ganancia |H(jω)| y fase ∠H(jω), donde H es la transformada de Fourier de h. Una señal periódica es una suma de armónicos a k/T: una onda cuadrada de ±A tiene solo armónicos impares con amplitudes 4A/(kπ), una onda triangular de pico A tiene 8A/(π²k²), y un tren de pulsos de altura A y ciclo de trabajo D tiene el valor medio A·D y los armónicos (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.

Itera

h[0] = 2
h[1] = 1
h[2] = 0,5
h[3] = 0,25
h[4] = 0,125
h[5] = 0,0625

Resultado

h[5] = 2·(0,5)5 = 0,0625

Respuesta

h[5] = 0,0625

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