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

y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 5y′(0) = -1
y(1.5) =
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
xy13(1, 2)y(3) = ?

Resuelve el problema de valor inicial y′ + 2y/x = 2 para x > 0, con y(1) = 2. Halla y(3).

y′ + 2y/x = 2y(1) = 2
y(3) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =4−34−5−3−5310

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

A = [4 −3 4; −5 −3 −5; 3 1 0]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =−1274

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

A = [−1 2; 7 4]
λ =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla el ángulo θ entre los vectores a = (4, 5, −4) y b = (5, −1, 3), en grados.

a = (4, 5, −4)b = (5, −1, 3)
θ = °
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzabc

Halla el volumen V del paralelepípedo cuyas aristas desde un vértice son a = (−4, 1, 1), b = (3, 2, 5) y c = (2, −5, −4).

a = (−4, 1, 1)b = (3, 2, 5)c = (2, −5, −4)
V =
7.IntegralesMedia
xy01

Calcula I = ∫01 2x·(x² + 1)1 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)1[0, 1]
I =
8.IntegralesDifícil
xy1y = 3xy = 3x²

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

y = 3xy = 3x²
V =
9.Cálculo multivariableMedia
xy024−202vP

Para f(x, y) = ln(x² + 4y²), halla la derivada direccional Duf en (2, −1) en la dirección de v = (3, 3).

f(x, y) = ln(x² + 4y²)P = (2, −1)v = (3, 3)
Duf =
10.Cálculo multivariableDifícil
xyx = 2y = 3x26

Calcula I = ∬T (2x − 2y) dA sobre el triángulo T limitado por y = 0, x = 2 e y = 3x.

f = 2x − 2y0 ≤ x ≤ 20 ≤ y ≤ 3x
I =
11.Sucesiones y seriesMedia
k|aₖ|¹ᐟᵏ123456789101112

Aplica el criterio de la raíz a Σk=1∞ ((3k + 4)/(2k + 1))ᵏ. Halla L = lim |ak|1/k.

ak = ((3k + 4)/(2k + 1))ᵏ
L =
12.Sucesiones y seriesDifícil

Reconoce la serie y halla su suma: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·0,82k/(2k)!.

ak = (−1)ᵏ·0,82k/(2k)!
S =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−2−424

Halla f(t) para F(s) = (3s + 15)/(s² + 2s + 17) completando el cuadrado, y evalúa f(1).

F(s) = (3s + 15)/(s² + 2s + 17)t = 1 s
f(1) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Un sistema cumple y″ + 9y′ + 18y = 45·u(t). Parte del reposo (y(0) = 0, y′(0) = 0) y la entrada es un escalón u(t) = 5 para t ≥ 0. Usa la transformada de Laplace para hallar la salida y(0,25).

y″ + 9y′ + 18y = 45·u(t)u(t) = 5y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t4h(t)t1

La entrada x(t) = 4·e−3tu(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−3tu(t)h(t) = e−5tu(t)t = 0,25 s
y(0.25) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
2cos(20t)h(t) = 2e−20t​u(t)y(t)

La entrada x(t) = 2·cos(20t) se aplica a un sistema con h(t) = 2·e−20tu(t). Halla la amplitud Ym de la salida en régimen permanente.

h(t) = 2e−20tu(t)x(t) = 2cos(20t)
Ym =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1.5) = 0,9211

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.

Raíz doble

(r + 2)² = 0 → r = −2

Constantes

A = y(0) = 5
y′(0) = B − 2A → B = -1 + 10 = 9

Evalúa

y(1,5) = (5 + 9·1,5)·e−3 = 0,9211

Respuesta

y(1,5) = 0,9211
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(3) = 2,148

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)′ = 2x2 → x2y = 2x3/3 + C

Condición inicial

2 = 2/3 + C → C = 1,333

Evalúa

y(3) = (2·33/3 + 1,333)/32 = 2,148

Respuesta

y(3) = 2,148
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = 81

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 = 15, M₁₃ = 4

Desarrollo por cofactores

det A = 4·5 − (−3)·15 + 4·4 = 81

Respuesta

det A = 81
4.Matrices y determinantes

Respuesta: λ = 6

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 − (3)λ + (−18) = 0

Resuelve

λ = (3 ± √(81))/2 → λ = −3, 6
λ = 6

Respuesta

λ = 6
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: θ = 86,15 °

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 = 4·5 + 5·(−1) + (−4)·3 = 3

Módulos

|a| = √(4² + 5² + (−4)²) = 7,55
|b| = √(5² + (−1)² + 3²) = 5,916

Ángulo

cos θ = 3/(7,55·5,916) = 0,06717
θ = arccos(0,06717) = 86,15°

Respuesta

θ = 86,15°
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: V = 65

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = 2·(−4) − 5·(−5) = 17
(b × c)y = bzcx − bxcz = 5·2 − 3·(−4) = 22
(b × c)z = bxcy − bycx = 3·(−5) − 2·2 = −19

Producto escalar con a

a·(b × c) = (−4)·17 + 1·22 + 1·(−19) = −65
V = |−65| = 65

Respuesta

V = 65
7.Integrales

Respuesta: I = 1,5

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.

Sustitución

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u1 du

Integrar y evaluar

I = [u2/2]12 = (4 − 1)/2 = 1,5

Respuesta

I = 1,5
8.Integrales

Respuesta: V = 3,77

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

3x = 3x² → x = 0, x = 1

Método de las arandelas

V = π∫₀1 ((3x)² − (3x²)²) dx

Integrar

V = π(9·1³/3 − 9·1⁵/5) = π·1,2 = 3,77

Respuesta

V = 3,77
9.Cálculo multivariable

Respuesta: Duf = −0,3536

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 = 2x/(x² + 4y²) → fx(2, −1) = 0,5
fy = 8y/(x² + 4y²) → fy(2, −1) = −1

Vector unitario

|v| = √(3² + 3²) = 4,243
u = (0,7071, 0,7071)

Producto escalar

Duf = 0,5·0,7071 + (−1)·0,7071 = −0,3536

Respuesta

Duf = −0,3536
10.Cálculo multivariable

Respuesta: I = −8

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).

Límites

0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 3x

Integral interior

∫03x (2x − 2y) dy = 2x·3x − 2·(3x)²/2 = −3x²

Integral exterior

I = −3·2³/3 = −8

Respuesta

I = −8
11.Sucesiones y series

Respuesta: L = 1,5

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.

Raíz de los términos

|ak|1/k = (3k + 4)/(2k + 1) → 3/2

Conclusión

L = 1,5 > 1

Respuesta

L = 1,5

L > 1, así que la serie diverge.

12.Sucesiones y series

Respuesta: S = 0,6967

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)ᵏx2k/(2k)! = cos x

Sustituir

x = 0,8
S = cos 0,8 = 0,6967

Respuesta

S = 0,6967
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(1) = −1,557

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 + 2s + 17 = (s + 1)² + 16 = (s + 1)² + 4²

Igualar el numerador

F(s) = 3·(s + 1)/((s + 1)² + 4²) + (12/4)·4/((s + 1)² + 4²)

Transformada inversa

f(t) = e−t·(3·cos 4t + 3·sin 4t)
f(1) = e−1·(3·cos(4·1) + 3·sin(4·1)) = −1,557

Respuesta

f(1) = −1,557
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.25) = 3,48

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

Y(s) = 225/(s(s + 3)(s + 6))

Fracciones parciales

A = 225/(3·6) = 12,5
B = 225/((−3)·3) = −25
C = 225/((−6)·(−3)) = 12,5

Pérdidas

y(t) = 12,5 − 25·e−3t + 12,5·e−6t
y(0,25) = 3,48

Respuesta

y(0,25) = 3,48
15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(0.25) = 0,3717

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−(3 − 5)τ dτ = 4(e−5t − e−3t)/(−2)

Evalúa

y(0,25) = 4·(0,2865 − 0,4724)/(−2) = 0,3717

Respuesta

y(0,25) = 0,3717
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: Ym = 0,1414

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) = 2/(20 + jω)

Ganancia a la frecuencia de entrada

|H(j20)| = 2/√(20² + 20²) = 0,07071
Ym = 2·0,07071 = 0,1414

Respuesta

Ym = 0,1414

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