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
tyy(0) = 10y(0,5) = ?

Resuelve y″ + 2y′ + 17y = 0 con y(0) = 10 e y′(0) = 0 (soltado desde el reposo). Halla y(0,5); ángulos en radianes.

y″ + 2y′ + 17y = 0y(0) = 10y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =−2−3−22B =−6−6−1−1

Sea C = AB para las matrices mostradas. Calcula el elemento c22 (fila 2, columna 2).

A = [−2 −3; −2 2]B = [−6 −6; −1 −1]
c22 =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =343−1

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

A = [3 4; 3 −1]
λ =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla el ángulo θ entre los vectores a = (−4, −5, 6) y b = (5, 0, 3), en grados.

a = (−4, −5, 6)b = (5, 0, 3)
θ = °
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzab

El vector unitario n̂ es perpendicular a a = (3, −3, −4) y a b = (1, 2, 2) y tiene componente z positiva. Halla su componente y n̂y.

a = (3, −3, −4)b = (1, 2, 2)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegralesMedia
xy02

Calcula I = ∫02 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 2]
I =
8.IntegralesDifícil
xy3y = x²eˣ

Calcula I = ∫₀3 x²·eˣ dx.

∫₀3 x²eˣ dx
I =
9.Cálculo multivariableMedia
xy0,52P

El plano tangente a z = 3 ln(x² + 3y²) en el punto donde (x, y) = (0,5, 2) se puede escribir como z = px + qy + c. Halla c.

f(x, y) = 3 ln(x² + 3y²)(a, b) = (0,5, 2)
c =
10.Cálculo multivariableDifícil
xy−505−4−202AB

Los puntos marcados son los puntos críticos de f(x, y) = x³ − 27x + y² + 4y. Haz clic en el punto de silla.

f(x, y) = x³ − 27x + y² + 4y
  1. 1A (3, −2)
  2. 2B (−3, −2)
11.Sucesiones y seriesMedia
xx₀ = 2??R

Halla el radio de convergencia R de la serie de potencias Σk=1∞ 2ᵏ·(x − 2)ᵏ/(k + 1).

Σ 2ᵏ·(x − 2)ᵏ/(k + 1)x₀ = 2
R =
12.Sucesiones y seriesDifícil
xyfP₃0,8

Usa el polinomio de Maclaurin de grado 3 de f(x) = e3x para aproximar f(0,8). Da P₃(0,8).

f(x) = e3xn = 3x = 0,8
P₃(0.8) =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−81

Halla f(t) para F(s) = (2s + 15)/(s² + 2s + 2) completando el cuadrado, y evalúa f(0,8).

F(s) = (2s + 15)/(s² + 2s + 2)t = 0,8 s
f(0.8) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,4y(0,4) = ?

Resuelve y″ + 7y′ + 10y = 0 con y(0) = 7 y y′(0) = 11 usando la transformada de Laplace, y halla y(0,4).

y″ + 7y′ + 10y = 0y(0) = 7y′(0) = 11t = 0,4 s
y(0.4) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t310h(t)t43

El pulso x(t) = 10 para 0 ≤ t < 3 s se convoluciona con el pulso h(t) = 3 para 0 ≤ t < 4 s. Halla el área Ay bajo y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 10, 0 ≤ t < 3 sh(t) = 3, 0 ≤ t < 4 s
Ay =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
x(t)t (ms)0,5121−1

Una onda triangular sube y baja linealmente entre −1 y +1 con periodo T = 1 ms. Halla la amplitud c5 de su componente de Fourier a 5000 Hz.

±1T = 1 msf = 5000 Hz
c5 =

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(0.5) = −1,145

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 = −1 ± 4j

Constantes

A = 10, B = 1·10/4 = 2,5

Evalúa

y(0,5) = e−0,5(10·cos 2 + 2,5·sin 2) = −1,145

Respuesta

y(0,5) = −1,145
3.Matrices y determinantes

Respuesta: c22 = 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.

Fila por columna

c22 = (−2)·(−6) + 2·(−1) = 10

Respuesta

c22 = 10
4.Matrices y determinantes

Respuesta: λ = 5

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 − (2)λ + (−15) = 0

Resuelve

λ = (2 ± √(64))/2 → λ = −3, 5
λ = 5

Respuesta

λ = 5
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: θ = 92,24 °

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)·0 + 6·3 = −2

Módulos

|a| = √((−4)² + (−5)² + 6²) = 8,775
|b| = √(5² + 0² + 3²) = 5,831

Ángulo

cos θ = −2/(8,775·5,831) = −0,03909
θ = arccos(−0,03909) = 92,24°

Respuesta

θ = 92,24°
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: n̂y = −0,7352

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

(a × b)x = aybz − azby = (−3)·2 − (−4)·2 = 2
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·1 − 3·2 = −10
(a × b)z = axby − aybx = 3·2 − (−3)·1 = 9

Normalizar

La componente z de a × b ya es positiva.

|a × b| = √(2² + (−10)² + 9²) = 13,6
n̂ = (2, −10, 9)/13,6 = (0,147, −0,7352, 0,6617)
n̂y = −0,7352

Respuesta

n̂y = −0,7352
7.Integrales

Respuesta: I = 26,8

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) = e2x/2

Evaluar en los límites

I = (e4 − 1)/2 = (54,6 − 1)/2 = 26,8

Respuesta

I = 26,8
8.Integrales

Respuesta: I = 98,43

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.

Primera vuelta

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Segunda vuelta

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Límites

20,09·(5) − 1·2 = 98,43

Respuesta

I = 98,43
9.Cálculo multivariable

Respuesta: c = 1,517

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(0,5, 2) = 7,517
fx = 6x/(x² + 3y²) → fx(0,5, 2) = 0,2449
fy = 18y/(x² + 3y²) → fy(0,5, 2) = 2,939

Plano tangente

z = 7,517 + 0,2449(x − 0,5) + 2,939(y − 2)
z = 0,2449x + 2,939y + 1,517

Término constante

c = 1,517

Respuesta

c = 1,517
10.Cálculo multivariable

Respuesta: B (−3, −2)

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 = (3x² − 27) = 0
fy = (2y + 4) = 0
(3, −2), (−3, −2)

Criterio de la segunda derivada

(3, −2): fxx = 18, fyy = 2, fxy = 0, D = 36 → mínimo local
(−3, −2): fxx = −18, fyy = 2, fxy = 0, D = −36 → punto de silla

El punto

B (−3, −2): punto de silla

Respuesta

B (−3, −2)
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 + 2)/(k + 1) → 0,5

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: P₃(0.8) = 8,584

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.

Polinomio de Maclaurin

P₃(x) = 1 + 3x + 4,5x² + 4,5x³

Sustituir

P₃(0,8) = 1 + 2,4 + 2,88 + 2,304 = 8,584

Respuesta

P₃(0,8) = 8,584

El valor exacto es f(0,8) = 11,023176; el error 2,439176 disminuye si tomas más términos o un punto más cercano a 0.

13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.8) = 4,816

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 + 2 = (s + 1)² + 1 = (s + 1)² + 1²

Igualar el numerador

F(s) = 2·(s + 1)/((s + 1)² + 1²) + (13/1)·1/((s + 1)² + 1²)

Transformada inversa

f(t) = e−t·(2·cos 1t + 13·sin 1t)
f(0,8) = e−0,8·(2·cos(1·0,8) + 13·sin(1·0,8)) = 4,816

Respuesta

f(0,8) = 4,816
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.4) = 5,762

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 − 7s − 11 + 7(sY − 7) + 10Y = 0
Y(s) = (7s + 60)/((s + 2)(s + 5))

Fracciones parciales

A = 46/3 = 15,33
B = 25/(−3) = −8,333

Resultado

y(t) = 15,33·e−2t − 8,333·e−5t
y(0,4) = 5,762

Respuesta

y(0,4) = 5,762

Comprueba: y(0) = A + B = 7.

15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: Ay = 360

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).

Áreas de las entradas

∫x dt = 10·3 = 30
∫h dt = 3·4 = 12

Área de la salida

Ay = 30·12 = 360

Respuesta

Ay = 360
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: c5 = 0,03242

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)|.

Número de armónico

f₀ = 1/T = 1000 Hz → k = 5

Amplitud

c5 = 8·1/(π²·5²) = 0,03242

Respuesta

c5 = 0,03242

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