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)28Ta​19 °C21 °C

Una lata de refresco a 6 °C se saca del frigorífico a una habitación a 25 °C. Al cabo de 28 min su temperatura es 19 °C. Sigue la ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). ¿Cuánto tiempo después del inicio, t, tarda en alcanzar 21 °C?

T0 = 6 °CTa = 25 °CT(28) = 19 °CT = 21 °C
t = min
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
xy12(1, 4)y(2) = ?

Resuelve el problema de valor inicial y′ + 2y/x = 6x para x > 0, con y(1) = 4. Halla y(2).

y′ + 2y/x = 6xy(1) = 4
y(2) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =4−24−5−3−1204

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

A = [4 −2 4; −5 −3 −1; 2 0 4]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =662−5b =7−11

Resuelve el sistema 6x + 6y = 7 y 2x − 5y = −11. Calcula x.

6x + 6y = 72x − 5y = −11
x =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla el valor de k para el que los vectores a = (−6, 0, −5) y b = (k, 1, 1) son perpendiculares.

a = (−6, 0, −5)b = (k, 1, 1)
k =
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzABC

Halla el área A del triángulo de vértices A(3, −3, −4), B(−2, 4, 2) y C(−1, 0, 1). Las coordenadas están en metros.

A(3, −3, −4)B(−2, 4, 2)C(−1, 0, 1)
A = m²
7.IntegralesMedia
xy26

Calcula I = ∫26 1/x dx.

f(x) = 1/x[2, 6]
I =
8.IntegralesDifícil
xy1,667y = 5xy = 3x²

La región entre la recta y = 5x y la parábola y = 3x² gira alrededor del eje x. Halla el volumen V del sólido.

y = 5xy = 3x²
V =
9.Cálculo multivariableMedia
xy−202024vP

Para f(x, y) = 5x²y + y³ + 3xy, halla la derivada direccional Duf en (−1, 1) en la dirección de v = (3, 4).

f(x, y) = 5x²y + y³ + 3xyP = (−1, 1)v = (3, 4)
Duf =
10.Cálculo multivariableDifícil
xyx = 0,8y = x0,8

La integral I = ∫00,8 ∫y0,8 1/(1 + x²)² dx dy no se puede calcular en este orden. Invierte el orden de integración y calcúlala.

f = 1/(1 + x²)²0 ≤ y ≤ x ≤ 0,8
I =
11.Sucesiones y seriesMedia
kSn​12345678910S = ?

Halla la suma S = Σk=1∞ 2/(k(k + 1)).

ak = 2/(k(k + 1))
S =
12.Sucesiones y seriesDifícil

Reconoce la serie y halla su suma: S = Σk=1∞ (−1)k+1·0,5ᵏ/k.

ak = (−1)k+1·0,5ᵏ/k
S =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−1−2−312

Halla f(t) para F(s) = (5s + 5)/(s² + 6s + 13) completando el cuadrado, y evalúa f(0,3).

F(s) = (5s + 5)/(s² + 6s + 13)t = 0,3 s
f(0.3) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Un sistema cumple y″ + 11y′ + 30y = 30·u(t), con y(0) = 3 e y′(0) = 0. En t = 0 se aplica una entrada escalón u(t) = 2. Usa la transformada de Laplace para hallar y(0,1).

y″ + 11y′ + 30y = 30·u(t)y(0) = 3y′(0) = 0u(t) = 2t = 0,1 s
y(0.1) =
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−4tu(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−4tu(t)t = 3,5 s
y(3.5) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
u[n]0,5+y[n]−0,5·z⁻¹+

Un sistema obedece y[n] = −0,5·y[n − 1] + 0,5·x[n] y parte del reposo. La entrada es el escalón unitario x[n] = u[n]. Halla y[5].

y[n] = −0,5y[n − 1] + 0,5x[n]x[n] = u[n]
y[5] =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: t = 37,85 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(-19/-6)/28 = 0,04117 min⁻¹

Tiempo hasta alcanzar el objetivo

t = ln(-19/(−4))/0,04117 = 37,85 min

Respuesta

t = 37,85 min
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(2) = 6,625

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 = e∫2/x dx = x2

Integrar

(x2y)′ = 6x3 → x2y = 6x4/4 + C

Condición inicial

4 = 6/4 + C → C = 2,5

Evalúa

y(2) = (6·24/4 + 2,5)/22 = 6,625

Respuesta

y(2) = 6,625
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = −60

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 = −12, M₁₂ = −18, M₁₃ = 6

Desarrollo por cofactores

det A = 4·(−12) − (−2)·(−18) + 4·6 = −60

Respuesta

det A = −60
4.Matrices y determinantes

Respuesta: x = −0,7381

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·(−5) − 6·2 = −42

Sustituir la columna de x

det Aₓ = 7·(−5) − 6·(−11) = 31
x = 31/(−42) = −0,7381

Respuesta

x = −0,7381
y = 1,905
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: k = −0,8333

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.

El producto escalar es igual a cero

a·b = (−6)·k + 0·1 + (−5)·1 = 0
−5 + (−6)·k = 0

Despeja k

k = −(−5)/(−6) = −0,8333

Respuesta

k = −0,8333
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: A = 10,71 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 = (−5, 7, 6)
AC = C − A = (−4, 3, 5)

Producto vectorial

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 7·5 − 6·3 = 17
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 6·(−4) − (−5)·5 = 1
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = (−5)·3 − 7·(−4) = 13
|AB × AC| = √(17² + 1² + 13²) = 21,42

Área del triángulo

A = ½·21,42 = 10,71 m²

Respuesta

A = 10,71 m²
7.Integrales

Respuesta: I = 1,099

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) = ln x

Evaluar en los límites

I = (ln 6 − ln 2) = ln 3 = 1,099

Respuesta

I = 1,099
8.Integrales

Respuesta: V = 48,48

Volúmenes de revolución: al girar alrededor del eje x la región bajo y = f(x) desde x = a hasta x = b se obtiene un sólido cuya sección transversal en x es un disco de radio f(x). Sumando los discos se obtiene V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Cuando la región está entre una curva exterior R(x) y una curva interior r(x), cada rebanada es una arandela: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Eleva los radios al cuadrado antes de restarlos.

Puntos de corte

5x = 3x² → x = 0, x = 1,667

Método de las arandelas

V = π∫₀1,667 ((5x)² − (3x²)²) dx

Integrar

V = π(25·1,667³/3 − 9·1,667⁵/5) = π·15,43 = 48,48

Respuesta

V = 48,48
9.Cálculo multivariable

Respuesta: Duf = −0,2

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 = 10xy + 3y → fx(−1, 1) = −7
fy = 5x² + 3y² + 3x → fy(−1, 1) = 5

Vector unitario

|v| = √(3² + 4²) = 5
u = (0,6, 0,8)

Producto escalar

Duf = (−7)·0,6 + 5·0,8 = −0,2

Respuesta

Duf = −0,2
10.Cálculo multivariable

Respuesta: I = 0,1951

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 ≤ y ≤ x, 0 ≤ x ≤ 0,8

Orden invertido

I = ∫00,8 ∫0x 1/(1 + x²)² dy dx = ∫00,8 x·1/(1 + x²)² dx

Sustitución u = x²

I = [−1/(2(1 + x²))]00,8 = 0,1951

Respuesta

I = 0,1951
11.Sucesiones y series

Respuesta: S = 2

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

2/(k(k + 1)) = 2·(1/k − 1/(k + 1))

Cancelar

S = 2·1 = 2

Respuesta

S = 2
12.Sucesiones y series

Respuesta: S = 0,4055

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.

Series estándar

Σ (−1)k+1xᵏ/k = ln(1 + x)

Sustituir

x = 0,5
S = ln 1,5 = 0,4055

Respuesta

S = 0,4055
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.3) = 0,5299

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 + 13 = (s + 3)² + 4 = (s + 3)² + 2²

Igualar el numerador

F(s) = 5·(s + 3)/((s + 3)² + 2²) + (−10/2)·2/((s + 3)² + 2²)

Transformada inversa

f(t) = e−3t·(5·cos 2t − 5·sin 2t)
f(0,3) = e−3·0,3·(5·cos(2·0,3) − 5·sin(2·0,3)) = 0,5299

Respuesta

f(0,3) = 0,5299
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.1) = 2,895

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 + 11s + 30)·Y(s) = 3s + 33 + 60/s
Y(s) = (3s² + 33s + 60)/(s(s + 5)(s + 6))

Fracciones parciales

A = 60/(5·6) = 2
B = −30/((−5)·1) = 6
C = −30/((−6)·(−1)) = −5

Resultado

y(t) = 2 + 6·e−5t − 5·e−6t
y(0,1) = 2,895

Respuesta

y(0,1) = 2,895

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

15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(3.5) = 0,003097

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) = (5/4)(1 − e−8) = 1,25

Decaimiento tras el pulso

y(3,5) = 1,25·e−4·1,5 = 0,003097

Respuesta

y(3,5) = 0,003097
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y[5] = 0,3281

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

y[0] = 0,5
y[1] = 0,25
y[2] = 0,375
y[3] = 0,3125
y[4] = 0,3438
y[5] = 0,3281

Resultado

y[5] = 0,5·(1 − (−0,5)6)/(1 − (−0,5)) = 0,3281

Respuesta

y[5] = 0,3281

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