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(0,5) = ?

Resuelve y″ + 2y′ + y = 0 con y(0) = 5 e y′(0) = -1. Halla y(0,5).

y″ + 2y′ + y = 0y(0) = 5y′(0) = -1
y(0.5) =
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyy(0) = 2y(0,5) = ?

Resuelve y″ + y′ + 25,25y = 0 con y(0) = 2 e y′(0) = 0 (soltado desde el reposo). Halla y(0,5); ángulos en radianes.

y″ + y′ + 25,25y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =34055−53−12

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

A = [3 4 0; 5 5 −5; 3 −1 2]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =113−3b =−10−8

Resuelve el sistema x + y = −10 y 3x − 3y = −8. Calcula x.

x + y = −103x − 3y = −8
x =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla la proyección escalar compb a de a = (−5, −6, −1) sobre b = (−4, −5, −4), es decir, la componente de a en la dirección de b.

a = (−5, −6, −1)b = (−4, −5, −4)
compb a =
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzab

El vector unitario n̂ es perpendicular a a = (4, −5, 1) y a b = (−2, 1, 5) y tiene componente z positiva. Halla su componente x n̂x.

a = (4, −5, 1)b = (−2, 1, 5)n̂z > 0
n̂x =
7.IntegralesMedia
xy24

Calcula I = ∫24 1/x dx.

f(x) = 1/x[2, 4]
I =
8.IntegralesDifícil
xy−11

Calcula el área A de la región entre la parábola y = 1 − x² y el eje x.

y = 1 − x²
A =
9.Cálculo multivariableMedia
xy−3−2−101024PQ

Para f(x, y) = ln(x² + 2y²), halla la derivada direccional Duf en P(−1, 0,5) en la dirección hacia Q(−2, 3,5).

f(x, y) = ln(x² + 2y²)P = (−1, 0,5)Q = (−2, 3,5)
Duf =
10.Cálculo multivariableDifícil
xy−20−2−101(0, 0)(−1, −1)

Halla los puntos críticos de f(x, y) = x³ + y³ + 3xy, clasifícalos y da el valor fmax de f en su máximo local.

f(x, y) = x³ + y³ + 3xy
fmax =
11.Sucesiones y seriesMedia
AΣ k²/3ᵏk = 1 … ∞BΣ (7/4)ᵏk = 1 … ∞CΣ 3ᵏ/k³k = 1 … ∞DΣ (3k + 1)/(k + 2)k = 1 … ∞

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

A: Σ k²/3ᵏB: Σ (7/4)ᵏC: Σ 3ᵏ/k³D: Σ (3k + 1)/(k + 2)
  1. 1A: Σ k²/3ᵏ
  2. 2B: Σ (7/4)ᵏ
  3. 3C: Σ 3ᵏ/k³
  4. 4D: Σ (3k + 1)/(k + 2)
12.Sucesiones y seriesDifícil

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

ak = (−1)k+1·0,2ᵏ/k
S =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm5

Halla f(t) para F(s) = (5s + 13)/(s² + 2s + 37) completando el cuadrado, y evalúa f(0,1).

F(s) = (5s + 13)/(s² + 2s + 37)t = 0,1 s
f(0.1) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,6y(0,6) = ?

Resuelve y″ + 4y′ + 3y = 0 con y(0) = 5 y y′(0) = 9 usando la transformada de Laplace, y halla y(0,6).

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 5y′(0) = 9t = 0,6 s
y(0.6) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t5h(t)t1

La entrada x(t) = 5·e−3tu(t) se aplica a un sistema con h(t) = e−5tu(t). Halla la salida y(2) en t = 2 s.

x(t) = 5·e−3tu(t)h(t) = e−5tu(t)t = 2 s
y(2) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
x(t)t (ms)2481−1

Una onda triangular sube y baja linealmente entre −1 y +1 con periodo T = 4 ms. Halla la amplitud c5 de su componente de Fourier a 1250 Hz.

±1T = 4 msf = 1250 Hz
c5 =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(0.5) = 4,246

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 + 1)² = 0 → r = −1

Constantes

A = y(0) = 5
y′(0) = B − 1A → B = -1 + 5 = 4

Evalúa

y(0,5) = (5 + 4·0,5)·e−0,5 = 4,246

Respuesta

y(0,5) = 4,246
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(0.5) = −1,155

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 = −0,5 ± 5j

Constantes

A = 2, B = 0,5·2/5 = 0,2

Evalúa

y(0,5) = e−0,25(2·cos 2,5 + 0,2·sin 2,5) = −1,155

Respuesta

y(0,5) = −1,155
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = −85

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 = −20

Desarrollo por cofactores

det A = 3·5 − 4·25 + 0·(−20) = −85

Respuesta

det A = −85
4.Matrices y determinantes

Respuesta: x = −6,333

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 = 1·(−3) − 1·3 = −6

Sustituir la columna de x

det Aₓ = (−10)·(−3) − 1·(−8) = 38
x = 38/(−6) = −6,333

Respuesta

x = −6,333
y = −3,667
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: compb a = 7,152

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 = (−5)·(−4) + (−6)·(−5) + (−1)·(−4) = 54

Longitud de b

|b| = √((−4)² + (−5)² + (−4)²) = 7,55

Proyección escalar

compb a = a·b/|b| = 54/7,55 = 7,152

Respuesta

compb a = 7,152
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: n̂x = 0,7518

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 = (−5)·5 − 1·1 = −26
(a × b)y = azbx − axbz = 1·(−2) − 4·5 = −22
(a × b)z = axby − aybx = 4·1 − (−5)·(−2) = −6

Normalizar

La componente z de a × b es negativa, así que usa −(a × b).

|a × b| = √((−26)² + (−22)² + (−6)²) = 34,58
n̂ = −(−26, −22, −6)/34,58 = (0,7518, 0,6361, 0,1735)
n̂x = 0,7518

Respuesta

n̂x = 0,7518
7.Integrales

Respuesta: I = 0,6931

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 4 − ln 2) = ln 2 = 0,6931

Respuesta

I = 0,6931
8.Integrales

Respuesta: A = 1,333

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.

Ceros

1 − x² = 0 → x = ±1

Integrar

A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333

Respuesta

A = 1,333
9.Cálculo multivariable

Respuesta: Duf = 1,687

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 + 2y²) → fx(−1, 0,5) = −1,333
fy = 4y/(x² + 2y²) → fy(−1, 0,5) = 1,333

Vector unitario

|v| = √((−1)² + 3²) = 3,162
u = (−0,3162, 0,9487)

Producto escalar

Duf = (−1,333)·(−0,3162) + 1,333·0,9487 = 1,687

Respuesta

Duf = 1,687
10.Cálculo multivariable

Respuesta: fmax = 1

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 + 3y = 0
fy = 3y² + 3x = 0
(0, 0), (−1, −1)

Criterio de la segunda derivada

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = 3, D = −9 → punto de silla
(−1, −1): fxx = −6, fyy = −6, fxy = 3, D = 27 → máximo local

Valor en el extremo

f(−1, −1) = 1

Respuesta

fmax = 1
11.Sucesiones y series

Respuesta: A: Σ k²/3ᵏ

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 k²/3ᵏ → Criterio del cociente: L = 1/3 < 1, converge.
B: Σ (7/4)ᵏ → Geométrica con r = 7/4 > 1: los términos crecen, así que diverge.
C: Σ 3ᵏ/k³ → Criterio del cociente: L = 3 > 1, diverge.
D: Σ (3k + 1)/(k + 2) → Los términos tienden a 3, no a 0: diverge por el criterio del término n-ésimo.

La respuesta

A: Σ k²/3ᵏ

Respuesta

A: Σ k²/3ᵏ
12.Sucesiones y series

Respuesta: S = 0,1823

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 = 0,2
S = ln 1,2 = 0,1823

Respuesta

S = 0,1823
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.1) = 4,415

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 + 37 = (s + 1)² + 36 = (s + 1)² + 6²

Igualar el numerador

F(s) = 5·(s + 1)/((s + 1)² + 6²) + (8/6)·6/((s + 1)² + 6²)

Transformada inversa

f(t) = e−t·(5·cos 6t + 1,333·sin 6t)
f(0,1) = e−0,1·(5·cos(6·0,1) + 1,333·sin(6·0,1)) = 4,415

Respuesta

f(0,1) = 4,415
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.6) = 5,429

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 − 5s − 9 + 4(sY − 5) + 3Y = 0
Y(s) = (5s + 29)/((s + 1)(s + 3))

Fracciones parciales

A = 24/2 = 12
B = 14/(−2) = −7

Resultado

y(t) = 12·e−t − 7·e−3t
y(0,6) = 5,429

Respuesta

y(0,6) = 5,429

Comprueba: y(0) = A + B = 5.

15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(2) = 0,006083

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) = 5e−5t∫₀ᵗ e−(3 − 5)τ dτ = 5(e−5t − e−3t)/(−2)

Evalúa

y(2) = 5·(4,54 × 10⁻⁵ − 0,002479)/(−2) = 0,006083

Respuesta

y(2) = 0,006083
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 = 250 Hz → k = 5

Amplitud

c5 = 8·1/(π²·5²) = 0,03242

Respuesta

c5 = 0,03242

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