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
t (min)T (°C)21Ta​T = ?

Una taza de café a 85 °C se deja en una habitación a 24 °C. Sigue la ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Con k = 0,06 min⁻¹, halla su temperatura T al cabo de 21 min.

T0 = 85 °CTa = 24 °Ck = 0,06 min⁻¹t = 21 min
T = °C
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyy(0) = 5y(0,5) = ?

Resuelve y″ + 4y′ + 13y = 0 con y(0) = 5 e y′(0) = 0 (soltado desde el reposo). Halla y(0,5); ángulos en radianes.

y″ + 4y′ + 13y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =235−24−352−5

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

A = [2 3 5; −2 4 −3; 5 2 −5]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =6−29−5

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

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

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

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

El vector unitario n̂ es perpendicular a a = (5, 4, 5) y a b = (5, 3, −5) y tiene componente z positiva. Halla su componente y n̂y.

a = (5, 4, 5)b = (5, 3, −5)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegralesMedia
xy13y = x ln x

Calcula I = ∫₁3 x·ln x dx.

∫₁3 x ln x dx
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
xy2−1P

El plano tangente a z = xey en el punto donde (x, y) = (2, −1) se puede escribir como z = px + qy + c. Halla c.

f(x, y) = xey(a, b) = (2, −1)
c =
10.Cálculo multivariableDifícil
xy−202−4−202(0, −3)

f(x, y) = x² + 4xy + y² + 12x + 6y + 4 tiene un punto crítico en (0, −3). Calcula allí el discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = x² + 4xy + y² + 12x + 6y + 4P = (0, −3)
D =
11.Sucesiones y seriesMedia
kSn​12345678910S = ?

Halla la suma S = Σk=1∞ 2/(k(k + 4)).

ak = 2/(k(k + 4))
S =
12.Sucesiones y seriesDifícil

f(x) = ln(1 + x) se aproxima por su polinomio de Maclaurin de grado 5 en x = 0,2. Usa la cota del error de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! con M = 5! = 120 para hallar el mayor error posible |R₅|.

f(x) = ln(1 + x)n = 5x = 0,2M = 120
|R₅| =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−2−4−6−8−1024

Halla f(t) para F(s) = (4s + 36)/(s² + 6s + 25) completando el cuadrado, y evalúa f(0,3).

F(s) = (4s + 36)/(s² + 6s + 25)t = 0,3 s
f(0.3) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,6y(0,6) = ?

Un sistema cumple y″ + 7y′ + 10y = 30·u(t), con y(0) = 1 e y′(0) = 0. En t = 0 se aplica una entrada escalón u(t) = 5. Usa la transformada de Laplace para hallar y(0,6).

y″ + 7y′ + 10y = 30·u(t)y(0) = 1y′(0) = 0u(t) = 5t = 0,6 s
y(0.6) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t1h(t)t1

La entrada x(t) = 1·e−4tu(t) se aplica a un sistema con h(t) = e−5tu(t). Halla la salida y(2) en t = 2 s.

x(t) = 1·e−4tu(t)h(t) = e−5tu(t)t = 2 s
y(2) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
10cos(3t)h(t) = 10e−2t​u(t)y(t)

La entrada x(t) = 10·cos(3t) se aplica a un sistema con h(t) = 10·e−2tu(t). Halla la amplitud Ym de la salida en régimen permanente.

h(t) = 10e−2tu(t)x(t) = 10cos(3t)
Ym =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: T = 41,3 °C

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.

Solución de la ley de enfriamiento

T(t) = 24 + 61·e−0,06t

Sustituye t

T(21) = 24 + 61·0,2837 = 41,3 °C

Respuesta

T = 41,3 °C
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(0.5) = 1,353

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 = −2 ± 3j

Constantes

A = 5, B = 2·5/3 = 3,333

Evalúa

y(0,5) = e−1(5·cos 1,5 + 3,333·sin 1,5) = 1,353

Respuesta

y(0,5) = 1,353
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = −223

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 = −14, M₁₂ = 25, M₁₃ = −24

Desarrollo por cofactores

det A = 2·(−14) − 3·25 + 5·(−24) = −223

Respuesta

det A = −223
4.Matrices y determinantes

Respuesta: λ = 4

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 = −3, 4
λ = 4

Respuesta

λ = 4
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: θ = 97,62 °

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 = 3·1 + (−1)·(−5) + (−4)·3 = −4

Módulos

|a| = √(3² + (−1)² + (−4)²) = 5,099
|b| = √(1² + (−5)² + 3²) = 5,916

Ángulo

cos θ = −4/(5,099·5,916) = −0,1326
θ = arccos(−0,1326) = 97,62°

Respuesta

θ = 97,62°
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: n̂y = −0,8165

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 = 4·(−5) − 5·3 = −35
(a × b)y = azbx − axbz = 5·5 − 5·(−5) = 50
(a × b)z = axby − aybx = 5·3 − 4·5 = −5

Normalizar

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

|a × b| = √((−35)² + 50² + (−5)²) = 61,24
n̂ = −(−35, 50, −5)/61,24 = (0,5715, −0,8165, 0,08165)
n̂y = −0,8165

Respuesta

n̂y = −0,8165
7.Integrales

Respuesta: I = 2,944

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.

Elige u y dv

u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2

Primitiva

∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4

Límites

(4,5·ln 3 − 2,25) − (0 − 0,25) = 2,944

Respuesta

I = 2,944
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: c = 0,7358

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, −1) = 0,7358
fx = 1·ey → fx(2, −1) = 0,3679
fy = xey → fy(2, −1) = 0,7358

Plano tangente

z = 0,7358 + 0,3679(x − 2) + 0,7358(y + 1)
z = 0,3679x + 0,7358y + 0,7358

Término constante

c = 0,7358

Respuesta

c = 0,7358
10.Cálculo multivariable

Respuesta: D = −12

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).

Derivadas segundas

fxx = 2, fyy = 2, fxy = 4

Discriminante

D = 2·2 − 4² = −12
→ punto de silla

Respuesta

D = −12
11.Sucesiones y series

Respuesta: S = 1,042

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.

Fracciones parciales

2/(k(k + 4)) = (2/4)·(1/k − 1/(k + 4))

Cancelar

S = (2/4)·(1 + 1/2 + 1/3 + 1/4) = 1,042

Respuesta

S = 1,042
12.Sucesiones y series

Respuesta: |R₅| = 1,067 × 10⁻⁵

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 = 5! = 120

Cota de Lagrange

|R₅| ≤ 120·0,2⁶/6! = 1,067 × 10⁻⁵

Respuesta

|R₅| = 1,067 × 10⁻⁵

El error real es menor: |f(0,2) − P₅(0,2)| = 9,11 × 10⁻⁶.

13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.3) = 2,863

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 + 6s + 25 = (s + 3)² + 16 = (s + 3)² + 4²

Igualar el numerador

F(s) = 4·(s + 3)/((s + 3)² + 4²) + (24/4)·4/((s + 3)² + 4²)

Transformada inversa

f(t) = e−3t·(4·cos 4t + 6·sin 4t)
f(0,3) = e−3·0,3·(4·cos(4·0,3) + 6·sin(4·0,3)) = 2,863

Respuesta

f(0,3) = 2,863
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.6) = 8,437

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

(s² + 7s + 10)·Y(s) = 1s + 7 + 150/s
Y(s) = (s² + 7s + 150)/(s(s + 2)(s + 5))

Fracciones parciales

A = 150/(2·5) = 15
B = 140/((−2)·3) = −23,33
C = 140/((−5)·(−3)) = 9,333

Resultado

y(t) = 15 − 23,33·e−2t + 9,333·e−5t
y(0,6) = 8,437

Respuesta

y(0,6) = 8,437

Comprueba: y(0) = A + B + C = 1.

15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(2) = 0,0002901

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) = 1e−5t∫₀ᵗ e−(4 − 5)τ dτ = 1(e−5t − e−4t)/(−1)

Evalúa

y(2) = 1·(4,54 × 10⁻⁵ − 0,0003355)/(−1) = 0,0002901

Respuesta

y(2) = 0,0002901
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: Ym = 27,74

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) = 10/(2 + jω)

Ganancia a la frecuencia de entrada

|H(j3)| = 10/√(2² + 3²) = 2,774
Ym = 10·2,774 = 27,74

Respuesta

Ym = 27,74

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