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) = 5y(1,5) = ?

Resuelve y″ + 7y′ + 12y = 0 con y(0) = 5 e y′(0) = 4. Halla y(1,5).

y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 5y′(0) = 4
y(1.5) =
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyK = 2y(0,5) = ?

Un sistema obedece y″ + 3y′ + 6,25y = 12,5 para t ≥ 0, partiendo del reposo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Halla y(0,5); ángulos en radianes.

y″ + 3y′ + 6,25y = 12,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =−354−5320−5−5

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

A = [−3 5 4; −5 3 2; 0 −5 −5]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =52−9−6

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

A = [5 2; −9 −6]
λ =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla el ángulo θ entre los vectores a = (3, −3, −4) y b = (−2, −1, 6), en grados.

a = (3, −3, −4)b = (−2, −1, 6)
θ = °
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzrFOA

Una fuerza F = (−30, 10, 20) N actúa en el punto A(−1, 1, −4). Las coordenadas están en metros. Halla la componente y My del momento de la fuerza respecto a el punto O(1, −3, 2).

F = (−30, 10, 20) NA(−1, 1, −4) mO(1, −3, 2) m
My = N·m
7.IntegralesMedia
xy12

Calcula I = ∫12 5/x dx.

f(x) = 5/x[1, 2]
I =
8.IntegralesDifícil
xyy = x2​y = 4x

Calcula el área A de la región encerrada entre y = x2 e y = 4x.

y = x2y = 4x
A =
9.Cálculo multivariableMedia
xy11∇fP

Para f(x, y) = 2 ln(x² + 2y²), halla la máxima tasa de variación de f en el punto (1, 1), es decir, |∇f|.

f(x, y) = 2 ln(x² + 2y²)P = (1, 1)
|∇f| =
10.Cálculo multivariableDifícil
xyy = 2xy = x²24

Calcula I = ∬R y dA, donde R es la región comprendida entre la parábola y = x² y la recta y = 2x.

y = x²y = 2xf = y
I =
11.Sucesiones y seriesMedia
AΣ k/(k + 8)k = 1 … ∞BΣ (2/3)ᵏk = 1 … ∞CΣ 1/√kk = 1 … ∞DΣ (3/2)ᵏk = 1 … ∞

Exactamente una de las cuatro series converge. Haz clic en ella.

A: Σ k/(k + 8)B: Σ (2/3)ᵏC: Σ 1/√kD: Σ (3/2)ᵏ
  1. 1A: Σ k/(k + 8)
  2. 2B: Σ (2/3)ᵏ
  3. 3C: Σ 1/√k
  4. 4D: Σ (3/2)ᵏ
12.Sucesiones y seriesDifícil

f(x) = cos x se aproxima por su polinomio de Maclaurin de grado 3 en x = 1. Usa la cota del error de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! con M = 1 para hallar el mayor error posible |R₃|.

f(x) = cos xn = 3x = 1M = 1
|R₃| =
13.Transformadas de LaplaceMedia
t (s)f(t)t = 0,1f(0,1) = ?

Halla f(t) para F(s) = (s + 16)/(s² + 10s + 25) y evalúa f(0,1).

F(s) = (s + 16)/(s² + 10s + 25)t = 0,1 s
f(0.1) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−55

Un sistema se describe con la ecuación diferencial y″ + 4y′ + 29y = 3u′ + 14u, 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″ + 4y′ + 29y = 3u′ + 14ut = 0,5 s
g(0.5) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t0,52h(t)t1

El pulso x(t) = 2 para 0 ≤ t < 0.5 s (cero en el resto) se aplica a un sistema con h(t) = e−4tu(t). Halla la salida y(2,5) en t = 2,5 s, cuando el pulso ya ha terminado.

x(t) = 2, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−4tu(t)t = 2,5 s
y(2.5) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
δ(t)y′ + 0,5y = 2xh(t)

Un sistema obedece y′(t) + 0,5·y(t) = 2·x(t). Halla su respuesta al impulso en t = 0,8 s, h(0,8).

y′ + 0,5y = 2xt = 0,8 s
h(0.8) =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1.5) = 0,2195

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 + 3)(r + 4) = 0 → r = −3, −4

Constantes a partir de los valores iniciales

A + B = 5, −3A − 4B = 4
A = 24, B = −19

Evalúa

y(1,5) = 24·e−4,5 + (−19)·e−6 = 0,2195

Respuesta

y(1,5) = 0,2195
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(0.5) = 0,8933

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 = 2, r = −1,5 ± 2j

Constantes a partir de los valores iniciales

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −1,5A + 2B = 0 → B = −1,5

Evalúa

y(0,5) = 2·(1 − e−0,75(cos 1 + 0,75·sin 1)) = 0,8933

Respuesta

y(0,5) = 0,8933
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = −10

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 = −5, M₁₂ = 25, M₁₃ = 25

Desarrollo por cofactores

det A = (−3)·(−5) − 5·25 + 4·25 = −10

Respuesta

det A = −10
4.Matrices y determinantes

Respuesta: λ = 3

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 + (−12) = 0

Resuelve

λ = (−1 ± √(49))/2 → λ = −4, 3
λ = 3

Respuesta

λ = 3
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: θ = 136,3 °

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·(−2) + (−3)·(−1) + (−4)·6 = −27

Módulos

|a| = √(3² + (−3)² + (−4)²) = 5,831
|b| = √((−2)² + (−1)² + 6²) = 6,403

Ángulo

cos θ = −27/(5,831·6,403) = −0,7232
θ = arccos(−0,7232) = 136,3°

Respuesta

θ = 136,3°
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: My = 220 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 = (−1, 1, −4) − (1, −3, 2) = (−2, 4, −6) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 4·20 − (−6)·10 = 140 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−6)·(−30) − (−2)·20 = 220 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−2)·10 − 4·(−30) = 100 N·m

Componente pedida

My = 220 N·m

Respuesta

My = 220 N·m
7.Integrales

Respuesta: I = 3,466

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) = 5·ln x

Evaluar en los límites

I = 5·(ln 2 − ln 1) = 5·ln 2 = 3,466

Respuesta

I = 3,466
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.

Puntos de corte

x2 = 4x → x = 0, x = 4

Integrar superior menos inferior

A = [2x2 − 0,3333x3]04 = 10,67

Respuesta

A = 10,67
9.Cálculo multivariable

Respuesta: |∇f| = 2,981

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.

Derivadas parciales

fx = 4x/(x² + 2y²) → fx(1, 1) = 1,333
fy = 8y/(x² + 2y²) → fy(1, 1) = 2,667

Longitud del gradiente

|∇f| = √(1,333² + 2,667²) = 2,981

Respuesta

|∇f| = 2,981
10.Cálculo multivariable

Respuesta: I = 2,133

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).

Intersecciones

x² = 2x → x = 0, x = 2

Integral interior

∫x²2x y dy = [y²/2] = (4x² − x⁴)/2

Integral exterior

I = ∫02 (4x² − x⁴)/2 dx = 2,133

Respuesta

I = 2,133
11.Sucesiones y series

Respuesta: B: Σ (2/3)ᵏ

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.

Prueba cada serie

A: Σ k/(k + 8) → Los términos tienden a 1, no a 0: diverge por el criterio del término n-ésimo.
B: Σ (2/3)ᵏ → Geométrica con r = 2/3, |r| < 1: converge.
C: Σ 1/√k → Serie p con p = 1/2 ≤ 1: diverge.
D: Σ (3/2)ᵏ → Geométrica con r = 3/2 > 1: los términos crecen, así que diverge.

La respuesta

B: Σ (2/3)ᵏ

Respuesta

B: Σ (2/3)ᵏ
12.Sucesiones y series

Respuesta: |R₃| = 0,04167

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.

Cota de la derivada

M = 1

Cota de Lagrange

|R₃| ≤ 1·1⁴/4! = 0,04167

Respuesta

|R₃| = 0,04167

El error real es menor: |f(1) − P₃(1)| = 0,0403.

13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.1) = 1,274

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 + 10s + 25 = (s + 5)²

Fracciones parciales

s + 16 = 1(s + 5) + 11
F(s) = 1/(s + 5) + 11/(s + 5)²

Transformada inversa

f(t) = e−5t + 11·t·e−5t
f(0,1) = (1 + 11·0,1)·e−5·0,1 = 1,274

Respuesta

f(0,1) = 1,274
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: g(0.5) = −0,5319

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 + 14)/(s² + 4s + 29)

Fracciones parciales

s² + 4s + 29 = (s + 2)² + 5²
G(s) = 3·(s + 2)/((s + 2)² + 5²) + (8/5)·5/((s + 2)² + 5²)

Respuesta al impulso

g(t) = e−2t·(3·cos 5t + 1,6·sin 5t)
g(0,5) = −0,5319

Respuesta

g(0,5) = −0,5319
15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(2.5) = 0,000145

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(0,5) = (2/4)(1 − e−2) = 0,4323

Decaimiento tras el pulso

y(2,5) = 0,4323·e−4·2 = 0,000145

Respuesta

y(2,5) = 0,000145
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: h(0.8) = 1,341

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)|.

Función de transferencia

H(s) = Y(s)/X(s) = 2/(s + 0,5)

Respuesta al impulso

h(t) = 2·e−0,5tu(t)
h(0,8) = 2·e−0,4 = 1,341

Respuesta

h(0,8) = 1,341

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