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) = 3y(1) = ?

Resuelve y″ + 6y′ + 9y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = -1. Halla y(1).

y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 3y′(0) = -1
y(1) =
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
ty1,5y(1,5) = ?

Resuelve y′ + 0,5y = 10e−t con y(0) = 2. Halla y(1,5).

y′ + 0,5y = 10e−ty(0) = 2
y(1.5) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =−2−203−3−244−5

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

A = [−2 −2 0; 3 −3 −2; 4 4 −5]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =3−18−3

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

A = [3 −1; 8 −3]
λ =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzdFAB

Una fuerza constante F = (10, 30, 0) N actúa sobre un objeto mientras este se mueve en línea recta del punto A(5, −1, 0) al punto B(−4, −4, 3). Las coordenadas están en metros. Halla el trabajo W realizado por la fuerza.

F = (10, 30, 0) NA(5, −1, 0) mB(−4, −4, 3) m
W = J
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzabc

Halla el volumen V del paralelepípedo cuyas aristas desde un vértice son a = (−3, 1, −4), b = (2, 4, −4) y c = (0, −4, 5).

a = (−3, 1, −4)b = (2, 4, −4)c = (0, −4, 5)
V =
7.IntegralesMedia
xy12

Calcula I = ∫12 4/x dx.

f(x) = 4/x[1, 2]
I =
8.IntegralesDifícil
xyy = 0,5x2​y = x

Calcula el área A de la región encerrada entre y = 0,5x2 e y = x.

y = 0,5x2y = x
A =
9.Cálculo multivariableMedia
xy20,5P

El plano tangente a z = 2 ln(x² + y²) en el punto donde (x, y) = (2, 0,5) se puede escribir como z = px + qy + c. Halla c.

f(x, y) = 2 ln(x² + y²)(a, b) = (2, 0,5)
c =
10.Cálculo multivariableDifícil
xy−202−202ABC

Los puntos marcados son los puntos críticos de f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy. Haz clic en el punto de silla.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy
  1. 1A (−2, −2)
  2. 2B (0, 0)
  3. 3C (2, 2)
11.Sucesiones y seriesMedia
xx₀ = 0??R

Halla el radio de convergencia R de la serie de potencias Σk=1∞ k·2ᵏ·xᵏ.

Σ k·2ᵏ·xᵏx₀ = 0
R =
12.Sucesiones y seriesDifícil

f(x) = ln(1 + x) se aproxima por su polinomio de Maclaurin de grado 4 en x = 0,5. Usa la cota del error de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! con M = 4! = 24 para hallar el mayor error posible |R₄|.

f(x) = ln(1 + x)n = 4x = 0,5M = 24
|R₄| =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−81

F(s) = (5s + 21)/(s² + 9s + 14). Su transformada inversa tiene la forma f(t) = A·e−2t + B·e−7t. Halla el coeficiente A por fracciones parciales.

F(s) = (5s + 21)/(s² + 9s + 14)
A =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

Resuelve y″ + 3y′ + 2y = 0 con y(0) = 10 y y′(0) = 9 usando la transformada de Laplace, y halla y(0,3).

y″ + 3y′ + 2y = 0y(0) = 10y′(0) = 9t = 0,3 s
y(0.3) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t14h(t)t1

El pulso x(t) = 4 para 0 ≤ t < 1 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) = 4, 0 ≤ t < 1 sh(t) = e−4tu(t)t = 2,5 s
y(2.5) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
δ(t)y′ + 5y = 5xh(t)

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

y′ + 5y = 5xt = 2 s
h(2) =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1) = 0,5477

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 + 3)² = 0 → r = −3

Constantes

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 3A → B = -1 + 9 = 8

Evalúa

y(1) = (3 + 8·1)·e−3 = 0,5477

Respuesta

y(1) = 0,5477
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1.5) = 5,929

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 = e0,5t
(e0,5ty)′ = 10e−0,5t

Solución general

y = 10/(−0,5)·e−t + C·e−0,5t = −20·e−t + C·e−0,5t

Condición inicial

2 = −20 + C → C = 22

Evalúa

y(1,5) = −20·0,2231 + 22·0,4724 = 5,929

Respuesta

y(1,5) = 5,929
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 = 23, M₁₂ = −7, M₁₃ = 24

Desarrollo por cofactores

det A = (−2)·23 − (−2)·(−7) + 0·24 = −60

Respuesta

det A = −60
4.Matrices y determinantes

Respuesta: λ = 1

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 − (0)λ + (−1) = 0

Resuelve

λ = (0 ± √(4))/2 → λ = −1, 1
λ = 1

Respuesta

λ = 1
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: W = −180 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, −4, 3) − (5, −1, 0) = (−9, −3, 3) m

Trabajo

W = F·d = 10·(−9) + 30·(−3) + 0·3 = −180 J

Respuesta

W = −180 J

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

6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: V = 10

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 = 4·5 − (−4)·(−4) = 4
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−4)·0 − 2·5 = −10
(b × c)z = bxcy − bycx = 2·(−4) − 4·0 = −8

Producto escalar con a

a·(b × c) = (−3)·4 + 1·(−10) + (−4)·(−8) = 10
V = |10| = 10

Respuesta

V = 10
7.Integrales

Respuesta: I = 2,773

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) = 4·ln x

Evaluar en los límites

I = 4·(ln 2 − ln 1) = 4·ln 2 = 2,773

Respuesta

I = 2,773
8.Integrales

Respuesta: A = 0,6667

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

0,5x2 = x → x = 0, x = 2

Integrar superior menos inferior

A = [0,5x2 − 0,1667x3]02 = 0,6667

Respuesta

A = 0,6667
9.Cálculo multivariable

Respuesta: c = −1,106

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, 0,5) = 2,894
fx = 4x/(x² + y²) → fx(2, 0,5) = 1,882
fy = 4y/(x² + y²) → fy(2, 0,5) = 0,4706

Plano tangente

z = 2,894 + 1,882(x − 2) + 0,4706(y − 0,5)
z = 1,882x + 0,4706y − 1,106

Término constante

c = −1,106

Respuesta

c = −1,106
10.Cálculo multivariable

Respuesta: B (0, 0)

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).

Puntos críticos

Resuelve fx = 0 y fy = 0 a la vez.

fx = 4x³ − 16y = 0
fy = 4y³ − 16x = 0
(0, 0), (2, 2), (−2, −2)

Criterio de la segunda derivada

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −16, D = −256 → punto de silla
(2, 2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → mínimo local
(−2, −2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → mínimo local

El punto

B (0, 0): punto de silla

Respuesta

B (0, 0)
11.Sucesiones y series

Respuesta: R = 0,5

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.

Coeficientes

ck/ck+1 = (1/2)·(k/(k + 1)) → 1/2

Radio

R = 0,5

Respuesta

R = 0,5

El criterio del cociente no dice nada en los dos extremos; hay que comprobarlos por separado.

12.Sucesiones y series

Respuesta: |R₄| = 0,00625

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 = 4! = 24

Cota de Lagrange

|R₄| ≤ 24·0,5⁵/5! = 0,00625

Respuesta

|R₄| = 0,00625

El error real es menor: |f(0,5) − P₄(0,5)| = 0,004423.

13.Transformadas de Laplace

Respuesta: A = 2,2

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 + 9s + 14 = (s + 2)(s + 7)
F(s) = A/(s + 2) + B/(s + 7)

Regla del tapado

Multiplica por (s + 2) y haz s = −2: el término de B se anula.

A = (5s + 21)/(s + 7) |s = −2 = 11/5 = 2,2

Respuesta

A = 2,2
(B = 2,8, así que f(t) = 2,2·e−2t + 2,8·e−7t)
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.3) = 11,06

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

s²Y − 10s − 9 + 3(sY − 10) + 2Y = 0
Y(s) = (10s + 39)/((s + 1)(s + 2))

Fracciones parciales

A = 29/1 = 29
B = 19/(−1) = −19

Resultado

y(t) = 29·e−t − 19·e−2t
y(0,3) = 11,06

Respuesta

y(0,3) = 11,06

Comprueba: y(0) = A + B = 10.

15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(2.5) = 0,002433

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(1) = (4/4)(1 − e−4) = 0,9817

Decaimiento tras el pulso

y(2,5) = 0,9817·e−4·1,5 = 0,002433

Respuesta

y(2,5) = 0,002433
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: h(2) = 0,000227

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) = 5/(s + 5)

Respuesta al impulso

h(t) = 5·e−5tu(t)
h(2) = 5·e−10 = 0,000227

Respuesta

h(2) = 0,000227

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