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) = 4y(1,5) = ?

Resuelve y″ + 8y′ + 15y = 0 con y(0) = 4 e y′(0) = 0. Halla y(1,5).

y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 4y′(0) = 0
y(1.5) =
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
xy13(1, 0)y(3) = ?

Resuelve el problema de valor inicial y′ + 2y/x = 6x para x > 0, con y(1) = 0. Halla y(3).

y′ + 2y/x = 6xy(1) = 0
y(3) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =−1311230−4−2

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

A = [−1 3 1; 1 2 3; 0 −4 −2]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =−32−5−3b =111

Resuelve el sistema −3x + 2y = 11 y −5x − 3y = 1. Calcula x.

−3x + 2y = 11−5x − 3y = 1
x =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla el ángulo θ entre los vectores a = (−2, −5, 5) y b = (3, 6, −3), en grados.

a = (−2, −5, 5)b = (3, 6, −3)
θ = °
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzab

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

a = (−3, 2, −2)b = (2, 1, −3)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegralesMedia
xy26

Calcula I = ∫26 4/x dx.

f(x) = 4/x[2, 6]
I =
8.IntegralesDifícil
xyy = x2​y = 4x

Calcula el área A de la región encerrada entre y = x2 e y = 4x.

y = x2y = 4x
A =
9.Cálculo multivariableMedia
xy22∇fP

Para f(x, y) = ln(x² + y²), halla la máxima tasa de variación de f en el punto (2, 2), es decir, |∇f|.

f(x, y) = ln(x² + y²)P = (2, 2)
|∇f| =
10.Cálculo multivariableDifícil
xy−202−20(2, −2)(−2, −2)

Halla los puntos críticos de f(x, y) = x³ − 12x + y² + 4y, clasifícalos y da el valor fmin de f en su mínimo local.

f(x, y) = x³ − 12x + y² + 4y
fmin =
11.Sucesiones y seriesMedia
AΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞BΣ (5/4)ᵏk = 1 … ∞CΣ k³/5ᵏk = 1 … ∞DΣ (2/5)ᵏk = 1 … ∞

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

A: Σ (−1)ᵏ/kB: Σ (5/4)ᵏC: Σ k³/5ᵏD: Σ (2/5)ᵏ
  1. 1A: Σ (−1)ᵏ/k
  2. 2B: Σ (5/4)ᵏ
  3. 3C: Σ k³/5ᵏ
  4. 4D: Σ (2/5)ᵏ
12.Sucesiones y seriesDifícil

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

ak = (−1)ᵏ/(2k)!
S =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−1−2−3−412

Halla f(t) para F(s) = (s + 4)/(s² + 4s + 8) completando el cuadrado, y evalúa f(0,1).

F(s) = (s + 4)/(s² + 4s + 8)t = 0,1 s
f(0.1) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−0,5−1−1,5−2−2,5−30,51

Un sistema se describe con la ecuación diferencial y″ + 4y′ + 3y = 20u, con entrada u(t) y salida y(t). Halla su función de transferencia G(s) = Y(s)/U(s) (condiciones iniciales nulas) y evalúa la respuesta al impulso g(t) en t = 0,3 s. Halla g(0,3).

y″ + 4y′ + 3y = 20ut = 0,3 s
g(0.3) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t21h(t)t1

El pulso x(t) = 1 para 0 ≤ t < 2 s (cero en el resto) se aplica a un sistema con h(t) = e−1tu(t). Halla la salida y(2,5) en t = 2,5 s, cuando el pulso ya ha terminado.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 2 sh(t) = e−1tu(t)t = 2,5 s
y(2.5) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
u[n]3+y[n]0,8·z⁻¹+

Un sistema obedece y[n] = 0,8·y[n − 1] + 3·x[n] y parte del reposo. La entrada es el escalón unitario x[n] = u[n]. Halla y[2].

y[n] = 0,8y[n − 1] + 3x[n]x[n] = u[n]
y[2] =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1.5) = 0,1078

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 características

(r + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5

Constantes a partir de los valores iniciales

A + B = 4, −3A − 5B = 0
A = 10, B = −6

Evalúa

y(1,5) = 10·e−4,5 + (−6)·e−7,5 = 0,1078

Respuesta

y(1,5) = 0,1078
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(3) = 13,33

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)′ = 6x3 → x2y = 6x4/4 + C

Condición inicial

0 = 6/4 + C → C = −1,5

Evalúa

y(3) = (6·34/4 + (−1,5))/32 = 13,33

Respuesta

y(3) = 13,33
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = −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.

Menores 2×2 de la primera fila

M₁₁ = 8, M₁₂ = −2, M₁₃ = −4

Desarrollo por cofactores

det A = (−1)·8 − 3·(−2) + 1·(−4) = −6

Respuesta

det A = −6
4.Matrices y determinantes

Respuesta: x = −1,842

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 = (−3)·(−3) − 2·(−5) = 19

Sustituir la columna de x

det Aₓ = 11·(−3) − 2·1 = −35
x = −35/19 = −1,842

Respuesta

x = −1,842
y = 2,737
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: θ = 160,8 °

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 = (−2)·3 + (−5)·6 + 5·(−3) = −51

Módulos

|a| = √((−2)² + (−5)² + 5²) = 7,348
|b| = √(3² + 6² + (−3)²) = 7,348

Ángulo

cos θ = −51/(7,348·7,348) = −0,9444
θ = arccos(−0,9444) = 160,8°

Respuesta

θ = 160,8°
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: n̂y = 0,8498

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 = 2·(−3) − (−2)·1 = −4
(a × b)y = azbx − axbz = (−2)·2 − (−3)·(−3) = −13
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·1 − 2·2 = −7

Normalizar

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

|a × b| = √((−4)² + (−13)² + (−7)²) = 15,3
n̂ = −(−4, −13, −7)/15,3 = (0,2615, 0,8498, 0,4576)
n̂y = 0,8498

Respuesta

n̂y = 0,8498
7.Integrales

Respuesta: I = 4,394

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 6 − ln 2) = 4·ln 3 = 4,394

Respuesta

I = 4,394
8.Integrales

Respuesta: A = 10,67

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

x2 = 4x → x = 0, x = 4

Integrar superior menos inferior

A = [2x2 − 0,3333x3]04 = 10,67

Respuesta

A = 10,67
9.Cálculo multivariable

Respuesta: |∇f| = 0,7071

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.

Derivadas parciales

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

Longitud del gradiente

|∇f| = √(0,5² + 0,5²) = 0,7071

Respuesta

|∇f| = 0,7071
10.Cálculo multivariable

Respuesta: fmin = −20

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 − 12) = 0
fy = (2y + 4) = 0
(2, −2), (−2, −2)

Criterio de la segunda derivada

(2, −2): fxx = 12, fyy = 2, fxy = 0, D = 24 → mínimo local
(−2, −2): fxx = −12, fyy = 2, fxy = 0, D = −24 → punto de silla

Valor en el extremo

f(2, −2) = −20

Respuesta

fmin = −20
11.Sucesiones y series

Respuesta: B: Σ (5/4)ᵏ

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 (−1)ᵏ/k → Alternada, con 1/k decreciendo hacia 0: converge (condicionalmente).
B: Σ (5/4)ᵏ → Geométrica con r = 5/4 > 1: los términos crecen, así que diverge.
C: Σ k³/5ᵏ → Criterio del cociente: L = 1/5 < 1, converge.
D: Σ (2/5)ᵏ → Geométrica con r = 2/5, |r| < 1: converge.

La respuesta

B: Σ (5/4)ᵏ

Respuesta

B: Σ (5/4)ᵏ
12.Sucesiones y series

Respuesta: S = 0,5403

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 = 1
S = cos 1 = 0,5403

Respuesta

S = 0,5403
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.1) = 0,9651

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 + 4s + 8 = (s + 2)² + 4 = (s + 2)² + 2²

Igualar el numerador

F(s) = 1·(s + 2)/((s + 2)² + 2²) + (2/2)·2/((s + 2)² + 2²)

Transformada inversa

f(t) = e−2t·(cos 2t + sin 2t)
f(0,1) = e−2·0,1·(cos(2·0,1) + sin(2·0,1)) = 0,9651

Respuesta

f(0,1) = 0,9651
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: g(0.3) = 3,342

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).

Función de transferencia

G(s) = Y(s)/U(s) = 20/(s² + 4s + 3)

Fracciones parciales

s² + 4s + 3 = (s + 1)(s + 3)
A = 10, B = −10

Respuesta al impulso

g(t) = 10·e−t − 10·e−3t
g(0,3) = 3,342

Respuesta

g(0,3) = 3,342
15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(2.5) = 0,5244

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(2) = (1/1)(1 − e−2) = 0,8647

Decaimiento tras el pulso

y(2,5) = 0,8647·e−1·0,5 = 0,5244

Respuesta

y(2,5) = 0,5244
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y[2] = 7,32

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)|.

Itera

y[0] = 3
y[1] = 5,4
y[2] = 7,32

Resultado

y[2] = 3·(1 − (0,8)3)/(1 − 0,8) = 7,32

Respuesta

y[2] = 7,32

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