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) = 2y(0,5) = ?

Resuelve y″ + 3y′ + 2y = 0 con y(0) = 2 e y′(0) = 0. Halla y(0,5).

y″ + 3y′ + 2y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(0.5) =
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyK = 10y(1) = ?

Un sistema obedece y″ + y′ + 9,25y = 92,5 para t ≥ 0, partiendo del reposo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Halla y(1); ángulos en radianes.

y″ + y′ + 9,25y = 92,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(1) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =2−30−42−33−2−2

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

A = [2 −3 0; −4 2 −3; 3 −2 −2]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =2412

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

A = [2 4; 1 2]
λ =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzdFAB

Una fuerza constante F = (15, 10, −10) N actúa sobre un objeto mientras este se mueve en línea recta del punto A(−3, −5, −1) al punto B(−1, −5, −4). Las coordenadas están en metros. Halla el trabajo W realizado por la fuerza.

F = (15, 10, −10) NA(−3, −5, −1) mB(−1, −5, −4) m
W = J
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzab

El vector unitario n̂ es perpendicular a a = (1, −3, −3) y a b = (−5, −5, −5) y tiene componente z positiva. Halla su componente y n̂y.

a = (1, −3, −3)b = (−5, −5, −5)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegralesMedia
xyπ/2y = x·sin x

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

∫₀π/2 x·sin x dx
I =
8.IntegralesDifícil
xy1,5y = x²eˣ

Calcula I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.

∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
9.Cálculo multivariableMedia

z = 5x³y + 4x³ + xy con x = 3t e y = −2t². Usa la regla de la cadena para hallar dz/dt en t = −1.

z = 5x³y + 4x³ + xyx = 3ty = −2t²t = −1
dz/dt =
10.Cálculo multivariableDifícil
xy−50−4−202(0, 0)(−3, −3)

f(x, y) = x³ + y³ + 9xy tiene un punto crítico en (0, 0). Calcula allí el discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = x³ + y³ + 9xyP = (0, 0)
D =
11.Sucesiones y seriesMedia
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

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

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

Halla el coeficiente c₂ de (x − 16)² en la serie de Taylor de f(x) = √x alrededor de a = 16.

f(x) = √xa = 16k = 2
c₂ =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−5−10−155

Halla f(t) para F(s) = (s + 16)/(s² + 6s + 45) completando el cuadrado, y evalúa f(0,3).

F(s) = (s + 16)/(s² + 6s + 45)t = 0,3 s
f(0.3) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−1−212

Un sistema se describe con la ecuación diferencial y″ + 2y′ + 5y = 3u′ + 6u, 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 = 0,5 s. Halla g(0,5).

y″ + 2y′ + 5y = 3u′ + 6ut = 0,5 s
g(0.5) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t4h(t)t1

La entrada x(t) = 4·e−4tu(t) se aplica a un sistema con h(t) = e−5tu(t). Halla la salida y(0,25) en t = 0,25 s.

x(t) = 4·e−4tu(t)h(t) = e−5tu(t)t = 0,25 s
y(0.25) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
x(t)t (ms)0,5124−4

Una onda cuadrada conmuta entre +4 y −4 con periodo T = 1 ms (medio periodo en cada nivel). Halla la amplitud c7 de su componente de Fourier a 7000 Hz.

±4T = 1 msf = 7000 Hz
c7 =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(0.5) = 1,69

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 + 1)(r + 2) = 0 → r = −1, −2

Constantes a partir de los valores iniciales

A + B = 2, −1A − 2B = 0
A = 4, B = −2

Evalúa

y(0,5) = 4·e−0,5 + (−2)·e−1 = 1,69

Respuesta

y(0,5) = 1,69
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1) = 15,86

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.

Valor estacionario y raíces

yss = 10, r = −0,5 ± 3j

Constantes a partir de los valores iniciales

y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −0,5A + 3B = 0 → B = −1,667

Evalúa

y(1) = 10·(1 − e−0,5(cos 3 + 0,1667·sin 3)) = 15,86

Respuesta

y(1) = 15,86
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = 31

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 = −10, M₁₂ = 17, M₁₃ = 2

Desarrollo por cofactores

det A = 2·(−10) − (−3)·17 + 0·2 = 31

Respuesta

det A = 31
4.Matrices y determinantes

Respuesta: λ = 4

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 − (4)λ + (0) = 0

Resuelve

λ = (4 ± √(16))/2 → λ = 0, 4
λ = 4

Respuesta

λ = 4
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: W = 60 J

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.

Desplazamiento

d = B − A = (−1, −5, −4) − (−3, −5, −1) = (2, 0, −3) m

Trabajo

W = F·d = 15·2 + 10·0 + (−10)·(−3) = 60 J

Respuesta

W = 60 J
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: n̂y = −0,7071

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.

Producto vectorial

(a × b)x = aybz − azby = (−3)·(−5) − (−3)·(−5) = 0
(a × b)y = azbx − axbz = (−3)·(−5) − 1·(−5) = 20
(a × b)z = axby − aybx = 1·(−5) − (−3)·(−5) = −20

Normalizar

La componente z de a × b es negativa, así que usa −(a × b).

|a × b| = √(0² + 20² + (−20)²) = 28,28
n̂ = −(0, 20, −20)/28,28 = (0, −0,7071, 0,7071)
n̂y = −0,7071

Respuesta

n̂y = −0,7071
7.Integrales

Respuesta: I = 1

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 = sin x dx, v = −cos x

Primitiva

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

Límites

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

Respuesta

I = 1
8.Integrales

Respuesta: I = 3,602

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

4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602

Respuesta

I = 3,602
9.Cálculo multivariable

Respuesta: dz/dt = −1044

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.

Punto y tasas de variación

x(−1) = −3, y(−1) = −2
dx/dt = 3, dy/dt = −4t = 4

Derivadas parciales

fx = 15x²y + 12x² + y = −164
fy = 5x³ + x = −138

Regla de la cadena

dz/dt = (−164)·3 + (−138)·4 = −1044

Respuesta

dz/dt = −1044
10.Cálculo multivariable

Respuesta: D = −81

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 = 0, fyy = 0, fxy = 9

Discriminante

D = 0·0 − 9² = −81
→ punto de silla

Respuesta

D = −81
11.Sucesiones y series

Respuesta: L = 1,359

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| = (1 + 1/k)ᵏ/2 → e/2

Conclusión

L = 1,359 > 1

Respuesta

L = 1,359

L > 1, así que la serie diverge.

12.Sucesiones y series

Respuesta: c₂ = −0,001953

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⁽²⁾

f⁽²⁾(x) = −0,25·x1/2 − 2

Coeficiente

c₂ = −0,25·161/2 − 2/2! = −0,001953
c₂ = −0,001953

Respuesta

c₂ = −0,001953
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.3) = 0,7655

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 + 6s + 45 = (s + 3)² + 36 = (s + 3)² + 6²

Igualar el numerador

F(s) = 1·(s + 3)/((s + 3)² + 6²) + (13/6)·6/((s + 3)² + 6²)

Transformada inversa

f(t) = e−3t·(cos 6t + 2,167·sin 6t)
f(0,3) = e−3·0,3·(cos(6·0,3) + 2,167·sin(6·0,3)) = 0,7655

Respuesta

f(0,3) = 0,7655
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: g(0.5) = 1,749

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 + 6)/(s² + 2s + 5)

Fracciones parciales

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

Respuesta al impulso

g(t) = e−t·(3·cos 2t + 1,5·sin 2t)
g(0,5) = 1,749

Respuesta

g(0,5) = 1,749
15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(0.25) = 0,3255

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).

Integral de convolución

y(t) = 4e−5t∫₀ᵗ e−(4 − 5)τ dτ = 4(e−5t − e−4t)/(−1)

Evalúa

y(0,25) = 4·(0,2865 − 0,3679)/(−1) = 0,3255

Respuesta

y(0,25) = 0,3255
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: c7 = 0,7276

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 = 1000 Hz → k = 7000/1000 = 7

Amplitud

c7 = 4·4/(7π) = 0,7276

Respuesta

c7 = 0,7276

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