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) = 4y(1) = ?

Resuelve y″ + 5y′ + 6y = 0 con y(0) = 4 e y′(0) = 0. Halla y(1).

y″ + 5y′ + 6y = 0y(0) = 4y′(0) = 0
y(1) =
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
ty2y(2) = ?

Resuelve y′ + 3y = 5e−2t con y(0) = 2. Halla y(2).

y′ + 3y = 5e−2ty(0) = 2
y(2) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =−3121−455−43

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

A = [−3 1 2; 1 −4 5; 5 −4 3]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =−32−25b =−83

Resuelve el sistema −3x + 2y = −8 y −2x + 5y = 3. Calcula x.

−3x + 2y = −8−2x + 5y = 3
x =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla la proyección escalar compb a de a = (3, 4, −3) sobre b = (3, 3, 2), es decir, la componente de a en la dirección de b.

a = (3, 4, −3)b = (3, 3, 2)
compb a =
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzABC

Halla el área A del triángulo de vértices A(0, 3, −3), B(3, 4, −3) y C(−2, −4, −2). Las coordenadas están en metros.

A(0, 3, −3)B(3, 4, −3)C(−2, −4, −2)
A = m²
7.IntegralesMedia
xy02

Calcula I = ∫02 e0,5x dx.

f(x) = e0,5x[0, 2]
I =
8.IntegralesDifícil
xy−22

Calcula el área A de la región entre la parábola y = 4 − x² y el eje x.

y = 4 − x²
A =
9.Cálculo multivariableMedia
xy0,52P

El plano tangente a z = 3 ln(x² + 2y²) en el punto donde (x, y) = (0,5, 2) se puede escribir como z = px + qy + c. Halla c.

f(x, y) = 3 ln(x² + 2y²)(a, b) = (0,5, 2)
c =
10.Cálculo multivariableDifícil
xy−20202(1, 2)(−1, 2)

f(x, y) = x³ − 3x + y² − 4y tiene un punto crítico en (−1, 2). Calcula allí el discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = x³ − 3x + y² − 4yP = (−1, 2)
D =
11.Sucesiones y seriesMedia
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Aplica el criterio del cociente a Σk=1∞ (k!)²·3ᵏ/(2k)!. Halla L = lim |ak+1/ak|.

ak = (k!)²·3ᵏ/(2k)!
L =
12.Sucesiones y seriesDifícil

Halla el coeficiente c₄ de (x − 1)⁴ en la serie de Taylor de f(x) = ln x alrededor de a = 1.

f(x) = ln xa = 1k = 4
c₄ =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−55

Halla f(t) para F(s) = (2s + 14)/(s² + 4s + 40) completando el cuadrado, y evalúa f(0,4).

F(s) = (2s + 14)/(s² + 4s + 40)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Un sistema cumple y″ + 6y′ + 8y = 32·u(t), con y(0) = 3 e y′(0) = 0. En t = 0 se aplica una entrada escalón u(t) = 4. Usa la transformada de Laplace para hallar y(0,25).

y″ + 6y′ + 8y = 32·u(t)y(0) = 3y′(0) = 0u(t) = 4t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t4h(t)t0,51

Un sistema tiene la respuesta al impulso h(t) = e−2tu(t). La entrada es un escalón x(t) = 4·u(t). Halla la salida y(0,2) en t = 0,2 s.

h(t) = e−2tu(t)x(t) = 4·u(t)t = 0,2 s
y(0.2) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
x(t)t (ms)10204010−10

Una onda triangular sube y baja linealmente entre −10 y +10 con periodo T = 20 ms. Halla la amplitud c3 de su componente de Fourier a 150 Hz.

±10T = 20 msf = 150 Hz
c3 =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1) = 1,226

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 características

(r + 2)(r + 3) = 0 → r = −2, −3

Constantes a partir de los valores iniciales

A + B = 4, −2A − 3B = 0
A = 12, B = −8

Evalúa

y(1) = 12·e−2 + (−8)·e−3 = 1,226

Respuesta

y(1) = 1,226
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(2) = 0,08414

Ecuaciones diferenciales de primer orden: dy/dt = k·y tiene la solución y = y₀·ekt (crecimiento para k > 0, decrecimiento para k < 0); un periodo de semidesintegración T da k = ln 2/T. La ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), da T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Una ecuación lineal y′ + p(x)·y = q(x) se resuelve con el factor integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, así que μy = ∫μq dx + C.

Factor integrante

μ = e3t
(e3ty)′ = 5et

Solución general

y = 5/1·e−2t + C·e−3t = 5·e−2t + C·e−3t

Condición inicial

2 = 5 + C → C = −3

Evalúa

y(2) = 5·0,01832 + (−3)·0,002479 = 0,08414

Respuesta

y(2) = 0,08414
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = 30

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 = 8, M₁₂ = −22, M₁₃ = 16

Desarrollo por cofactores

det A = (−3)·8 − 1·(−22) + 2·16 = 30

Respuesta

det A = 30
4.Matrices y determinantes

Respuesta: x = 4,182

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.

Determinante de la matriz de coeficientes

det A = (−3)·5 − 2·(−2) = −11

Sustituir la columna de x

det Aₓ = (−8)·5 − 2·3 = −46
x = −46/(−11) = 4,182

Respuesta

x = 4,182
y = 2,273
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: compb a = 3,198

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 = 3·3 + 4·3 + (−3)·2 = 15

Longitud de b

|b| = √(3² + 3² + 2²) = 4,69

Proyección escalar

compb a = a·b/|b| = 15/4,69 = 3,198

Respuesta

compb a = 3,198
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: A = 9,631 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.

Vectores de las aristas

AB = B − A = (3, 1, 0)
AC = C − A = (−2, −7, 1)

Producto vectorial

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 1·1 − 0·(−7) = 1
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 0·(−2) − 3·1 = −3
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 3·(−7) − 1·(−2) = −19
|AB × AC| = √(1² + (−3)² + (−19)²) = 19,26

Área del triángulo

A = ½·19,26 = 9,631 m²

Respuesta

A = 9,631 m²
7.Integrales

Respuesta: I = 3,437

Integrales definidas: ∫ₐᵇ f(x) dx es el área con signo entre la gráfica y el eje x de a a b. Busca una primitiva F (con F′ = f) y calcula F(b) − F(a). Regla de la potencia: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). El área entre dos curvas es ∫(superior − inferior) dx.

Primitiva

F(x) = e0,5x/0,5

Evaluar en los límites

I = (e1 − 1)/0,5 = (2,718 − 1)/0,5 = 3,437

Respuesta

I = 3,437
8.Integrales

Respuesta: A = 10,67

Integrales definidas: ∫ₐᵇ f(x) dx es el área con signo entre la gráfica y el eje x de a a b. Busca una primitiva F (con F′ = f) y calcula F(b) − F(a). Regla de la potencia: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). El área entre dos curvas es ∫(superior − inferior) dx.

Ceros

4 − x² = 0 → x = ±2

Integrar

A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67

Respuesta

A = 10,67
9.Cálculo multivariable

Respuesta: c = 0,3306

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.

Valor y pendientes en el punto

f(0,5, 2) = 6,331
fx = 6x/(x² + 2y²) → fx(0,5, 2) = 0,3636
fy = 12y/(x² + 2y²) → fy(0,5, 2) = 2,909

Plano tangente

z = 6,331 + 0,3636(x − 0,5) + 2,909(y − 2)
z = 0,3636x + 2,909y + 0,3306

Término constante

c = 0,3306

Respuesta

c = 0,3306
10.Cálculo multivariable

Respuesta: D = −12

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).

Derivadas segundas

fxx = −6, fyy = 2, fxy = 0

Discriminante

D = (−6)·2 − 0² = −12
→ punto de silla

Respuesta

D = −12
11.Sucesiones y series

Respuesta: L = 0,75

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.

Cociente de términos consecutivos

|ak+1/ak| = 3·(k + 1)²/((2k + 2)(2k + 1)) → 3/4

Conclusión

L = 0,75 < 1

Respuesta

L = 0,75

L < 1, así que la serie converge.

12.Sucesiones y series

Respuesta: c₄ = −0,25

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.

Derivada f⁽⁴⁾

f⁽⁴⁾(x) = −6/x⁴

Coeficiente

c₄ = f⁽⁴⁾(1)/4! = −6/(1⁴·24) = −0,25
c₄ = −0,25

Respuesta

c₄ = −0,25
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.4) = −0,1568

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).

Completar el cuadrado

s² + 4s + 40 = (s + 2)² + 36 = (s + 2)² + 6²

Igualar el numerador

F(s) = 2·(s + 2)/((s + 2)² + 6²) + (10/6)·6/((s + 2)² + 6²)

Transformada inversa

f(t) = e−2t·(2·cos 6t + 1,667·sin 6t)
f(0,4) = e−2·0,4·(2·cos(6·0,4) + 1,667·sin(6·0,4)) = −0,1568

Respuesta

f(0,4) = −0,1568
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.25) = 5,013

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).

Transforma la ecuación

(s² + 6s + 8)·Y(s) = 3s + 18 + 128/s
Y(s) = (3s² + 18s + 128)/(s(s + 2)(s + 4))

Fracciones parciales

A = 128/(2·4) = 16
B = 104/((−2)·2) = −26
C = 104/((−4)·(−2)) = 13

Resultado

y(t) = 16 − 26·e−2t + 13·e−4t
y(0,25) = 5,013

Respuesta

y(0,25) = 5,013

Comprueba: y(0) = A + B + C = 3.

15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(0.2) = 0,6594

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).

Convolución con un escalón

y(t) = 4·∫₀ᵗ e−2τ dτ = (4/2)·(1 − e−2t)

Evalúa

y(0,2) = 2·(1 − e−0,4) = 0,6594

Respuesta

y(0,2) = 0,6594
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: c3 = 0,9006

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)|.

Número de armónico

f₀ = 1/T = 50 Hz → k = 3

Amplitud

c3 = 8·10/(π²·3²) = 0,9006

Respuesta

c3 = 0,9006

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