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
t (min)T (°C)16Ta​18 °C22 °C

Una lata de refresco a 3 °C se saca del frigorífico a una habitación a 24 °C. Al cabo de 16 min su temperatura es 18 °C. Sigue la ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). ¿Cuánto tiempo después del inicio, t, tarda en alcanzar 22 °C?

T0 = 3 °CTa = 24 °CT(16) = 18 °CT = 22 °C
t = min
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyy(0) = 1y(1,5) = ?

Resuelve y″ + 4y′ + 13y = 0 con y(0) = 1 e y′(0) = 0 (soltado desde el reposo). Halla y(1,5); ángulos en radianes.

y″ + 4y′ + 13y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(1.5) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =5−61−5B =2−4−53

Sea C = AB para las matrices mostradas. Calcula el elemento c12 (fila 1, columna 2).

A = [5 −6; 1 −5]B = [2 −4; −5 3]
c12 =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =6−244b =6−8

Resuelve el sistema 6x − 2y = 6 y 4x + 4y = −8. Calcula x.

6x − 2y = 64x + 4y = −8
x =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzdFAB

Una fuerza constante F = (10, −30, −15) N actúa sobre un objeto mientras este se mueve en línea recta del punto A(4, −4, 4) al punto B(4, 0, 5). Las coordenadas están en metros. Halla el trabajo W realizado por la fuerza.

F = (10, −30, −15) NA(4, −4, 4) mB(4, 0, 5) m
W = J
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzab

Para a = (0, 4, 3) y b = (1, −6, 0), halla la componente x (a × b)x del producto vectorial a × b.

a = (0, 4, 3)b = (1, −6, 0)
(a × b)x =
7.IntegralesMedia
xy13y = x ln x

Calcula I = ∫₁3 x·ln x dx.

∫₁3 x ln x dx
I =
8.IntegralesDifícil
xyy = x2​y = x

Calcula el área A de la región encerrada entre y = x2 e y = x.

y = x2y = x
A =
9.Cálculo multivariableMedia
xy22P

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

f(x, y) = 2 ln(x² + 2y²)(a, b) = (2, 2)
c =
10.Cálculo multivariableDifícil
xy1,5

Usa coordenadas polares para calcular I = ∬R √(x² + y²) dA, donde R es la mitad superior del disco x² + y² ≤ 2,25 (y ≥ 0).

f = √(x² + y²)0 ≤ r ≤ 1,50 ≤ θ ≤ π
I =
11.Sucesiones y seriesMedia
kSn​12345678910S = ?

Halla la suma S = Σk=1∞ 12/(k(k + 2)).

ak = 12/(k(k + 2))
S =
12.Sucesiones y seriesDifícil

f(x) = sin x se aproxima en x = 2 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) = sin xx = 2M = 1ε = 0,001
n =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−2−4−6−8−10−12−14−162

Halla f(t) para F(s) = (s + 14)/(s² + 4s + 8) completando el cuadrado, y evalúa f(0,4).

F(s) = (s + 14)/(s² + 4s + 8)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,5y(0,5) = ?

Un sistema cumple y″ + 6y′ + 5y = 20·u(t), con y(0) = 1 e y′(0) = 0. En t = 0 se aplica una entrada escalón u(t) = 1. Usa la transformada de Laplace para hallar y(0,5).

y″ + 6y′ + 5y = 20·u(t)y(0) = 1y′(0) = 0u(t) = 1t = 0,5 s
y(0.5) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t4h(t)t11

Un sistema tiene la respuesta al impulso h(t) = e−1tu(t). La entrada es un escalón x(t) = 4·u(t). Halla la salida y(6) en t = 6 s.

h(t) = e−1tu(t)x(t) = 4·u(t)t = 6 s
y(6) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
10cos(3t)h(t) = 5e−2t​u(t)y(t)

La entrada x(t) = 10·cos(3t) se aplica a un sistema con h(t) = 5·e−2tu(t). Halla la amplitud Ym de la salida en régimen permanente.

h(t) = 5e−2tu(t)x(t) = 10cos(3t)
Ym =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: t = 30,03 min

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.

Constante de enfriamiento

k = ln(-21/-6)/16 = 0,0783 min⁻¹

Tiempo hasta alcanzar el objetivo

t = ln(-21/(−2))/0,0783 = 30,03 min

Respuesta

t = 30,03 min
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1.5) = −0,04294

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 = −2 ± 3j

Constantes

A = 1, B = 2·1/3 = 0,6667

Evalúa

y(1,5) = e−3(1·cos 4,5 + 0,6667·sin 4,5) = −0,04294

Respuesta

y(1,5) = −0,04294
3.Matrices y determinantes

Respuesta: c12 = −38

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.

Fila por columna

c12 = 5·(−4) + (−6)·3 = −38

Respuesta

c12 = −38
4.Matrices y determinantes

Respuesta: x = 0,25

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 = 6·4 − (−2)·4 = 32

Sustituir la columna de x

det Aₓ = 6·4 − (−2)·(−8) = 8
x = 8/32 = 0,25

Respuesta

x = 0,25
y = −2,25
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: W = −135 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 = (4, 0, 5) − (4, −4, 4) = (0, 4, 1) m

Trabajo

W = F·d = 10·0 + (−30)·4 + (−15)·1 = −135 J

Respuesta

W = −135 J

Trabajo negativo: la fuerza actúa sobre todo en contra del movimiento.

6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: (a × b)x = 18

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, componente a componente

(a × b)x = aybz − azby = 4·0 − 3·(−6) = 18
(a × b)y = azbx − axbz = 3·1 − 0·0 = 3
(a × b)z = axby − aybx = 0·(−6) − 4·1 = −4

Componente pedida

(a × b)x = 18

Respuesta

(a × b)x = 18

Comprueba: a × b es perpendicular a ambos vectores, así que su producto escalar con a y con b es cero.

7.Integrales

Respuesta: I = 2,944

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 = 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

Límites

(4,5·ln 3 − 2,25) − (0 − 0,25) = 2,944

Respuesta

I = 2,944
8.Integrales

Respuesta: A = 0,1667

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.

Puntos de corte

x2 = x → x = 0, x = 1

Integrar superior menos inferior

A = [0,5x2 − 0,3333x3]01 = 0,1667

Respuesta

A = 0,1667
9.Cálculo multivariable

Respuesta: c = 0,9698

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(2, 2) = 4,97
fx = 4x/(x² + 2y²) → fx(2, 2) = 0,6667
fy = 8y/(x² + 2y²) → fy(2, 2) = 1,333

Plano tangente

z = 4,97 + 0,6667(x − 2) + 1,333(y − 2)
z = 0,6667x + 1,333y + 0,9698

Término constante

c = 0,9698

Respuesta

c = 0,9698
10.Cálculo multivariable

Respuesta: I = 3,534

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).

Forma polar

I = ∫0π ∫01,5 r·r dr dθ

Integrar

∫ r·r dr = [r³/3]
I = 3,534

Respuesta

I = 3,534
11.Sucesiones y series

Respuesta: S = 9

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.

Fracciones parciales

12/(k(k + 2)) = (12/2)·(1/k − 1/(k + 2))

Cancelar

S = (12/2)·(1 + 1/2) = 9

Respuesta

S = 9
12.Sucesiones y series

Respuesta: n = 9

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)!cota012122261,3333240,666741200,266757200,08889650400,02547403200,00634983628800,001411936288000,0002822

Cotas para n creciente

n = 8: 0,001411 ≥ 0,001
n = 9: 0,0002822 < 0,001

Menor grado

n = 9

Respuesta

n = 9
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.4) = 2,247

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 + 8 = (s + 2)² + 4 = (s + 2)² + 2²

Igualar el numerador

F(s) = 1·(s + 2)/((s + 2)² + 2²) + (12/2)·2/((s + 2)² + 2²)

Transformada inversa

f(t) = e−2t·(cos 2t + 6·sin 2t)
f(0,4) = e−2·0,4·(cos(2·0,4) + 6·sin(2·0,4)) = 2,247

Respuesta

f(0,4) = 2,247
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.5) = 1,787

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 + 5)·Y(s) = 1s + 6 + 20/s
Y(s) = (s² + 6s + 20)/(s(s + 1)(s + 5))

Fracciones parciales

A = 20/(1·5) = 4
B = 15/((−1)·4) = −3,75
C = 15/((−5)·(−4)) = 0,75

Resultado

y(t) = 4 − 3,75·e−t + 0,75·e−5t
y(0,5) = 1,787

Respuesta

y(0,5) = 1,787

Comprueba: y(0) = A + B + C = 1.

15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(6) = 3,99

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−1τ dτ = (4/1)·(1 − e−1t)

Evalúa

y(6) = 4·(1 − e−6) = 3,99

Respuesta

y(6) = 3,99
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: Ym = 13,87

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)|.

Respuesta en frecuencia

H(jω) = 5/(2 + jω)

Ganancia a la frecuencia de entrada

|H(j3)| = 5/√(2² + 3²) = 1,387
Ym = 10·1,387 = 13,87

Respuesta

Ym = 13,87

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