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)5Ta​59 °C43 °C

Una taza de café a 82 °C se deja en una habitación a 23 °C. Al cabo de 5 min su temperatura es 59 °C. Sigue la ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). ¿Cuánto tiempo después del inicio, t, tarda en alcanzar 43 °C?

T0 = 82 °CTa = 23 °CT(5) = 59 °CT = 43 °C
t = min
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyK = 5y(0,75) = ?

Un sistema obedece y″ + 3y′ + 11,25y = 56,25 para t ≥ 0, partiendo del reposo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Halla y(0,75); ángulos en radianes.

y″ + 3y′ + 11,25y = 56,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.75) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =6061B =051−6

Sea C = AB para las matrices mostradas. Calcula el elemento c12 (fila 1, columna 2).

A = [6 0; 6 1]B = [0 5; 1 −6]
c12 =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =−6−643b =12−9

Resuelve el sistema −6x − 6y = 12 y 4x + 3y = −9. Calcula x.

−6x − 6y = 124x + 3y = −9
x =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla la proyección escalar compb a de a = (7, 6, 2) sobre b = (−6, −3, 3), es decir, la componente de a en la dirección de b.

a = (7, 6, 2)b = (−6, −3, 3)
compb a =
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzab

El vector unitario n̂ es perpendicular a a = (5, 2, 5) y a b = (−4, −4, −3) y tiene componente z positiva. Halla su componente y n̂y.

a = (5, 2, 5)b = (−4, −4, −3)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegralesMedia
xy12,5y = x ln x

Calcula I = ∫₁2,5 x·ln x dx.

∫₁2,5 x ln x dx
I =
8.IntegralesDifícil
xyy = 0,5x2​y = 3x

Calcula el área A de la región encerrada entre y = 0,5x2 e y = 3x.

y = 0,5x2y = 3x
A =
9.Cálculo multivariableMedia

z = x³y − 3x² − y² − 2xy con x = −2t − 2 e y = −2t². Usa la regla de la cadena para hallar dz/dt en t = −1.

z = x³y − 3x² − y² − 2xyx = −2t − 2y = −2t²t = −1
dz/dt =
10.Cálculo multivariableDifícil
xyy = 2y = x22

La integral I = ∫02 ∫x2 1/(1 + y²)² dy dx no se puede calcular en este orden. Invierte el orden de integración y calcúlala.

f = 1/(1 + y²)²0 ≤ x ≤ y ≤ 2
I =
11.Sucesiones y seriesMedia
AΣ (4/5)ᵏk = 1 … ∞BΣ 3/k²k = 1 … ∞CΣ 1/(k(k + 4))k = 1 … ∞DΣ 2/kk = 1 … ∞

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

A: Σ (4/5)ᵏB: Σ 3/k²C: Σ 1/(k(k + 4))D: Σ 2/k
  1. 1A: Σ (4/5)ᵏ
  2. 2B: Σ 3/k²
  3. 3C: Σ 1/(k(k + 4))
  4. 4D: Σ 2/k
12.Sucesiones y seriesDifícil

Reconoce la serie y halla su suma: S = Σk=1∞ k·(1/3)ᵏ.

ak = k·(1/3)ᵏ
S =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−5−10−15−20−25−30−35−40

F(s) = (s + 35)/(s² + 7s + 6). Su transformada inversa tiene la forma f(t) = A·e−t + B·e−6t. Halla el coeficiente A por fracciones parciales.

F(s) = (s + 35)/(s² + 7s + 6)
A =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−224

Un sistema se describe con la ecuación diferencial y″ + 4y′ + 20y = 6u, 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 = 0,25 s. Halla g(0,25).

y″ + 4y′ + 20y = 6ut = 0,25 s
g(0.25) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t110h(t)t23

El pulso x(t) = 10 para 0 ≤ t < 1 s se convoluciona con el pulso h(t) = 3 para 0 ≤ t < 2 s. Halla el área Ay bajo y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 10, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 3, 0 ≤ t < 2 s
Ay =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
δ[n]0,5+h[n]0,4·z⁻¹+

Un sistema obedece y[n] = 0,4·y[n − 1] + 0,5·x[n] y parte del reposo. Halla la muestra h[3] de su respuesta al impulso.

y[n] = 0,4y[n − 1] + 0,5x[n]x[n] = δ[n]
h[3] =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: t = 10,95 min

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.

Constante de enfriamiento

k = ln(59/36)/5 = 0,0988 min⁻¹

Tiempo hasta alcanzar el objetivo

t = ln(59/20)/0,0988 = 10,95 min

Respuesta

t = 10,95 min
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(0.75) = 5,388

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.

Valor estacionario y raíces

yss = 5, r = −1,5 ± 3j

Constantes a partir de los valores iniciales

y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −1,5A + 3B = 0 → B = −2,5

Evalúa

y(0,75) = 5·(1 − e−1,125(cos 2,25 + 0,5·sin 2,25)) = 5,388

Respuesta

y(0,75) = 5,388
3.Matrices y determinantes

Respuesta: c12 = 30

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

c12 = 6·5 + 0·(−6) = 30

Respuesta

c12 = 30
4.Matrices y determinantes

Respuesta: x = −3

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 = (−6)·3 − (−6)·4 = 6

Sustituir la columna de x

det Aₓ = 12·3 − (−6)·(−9) = −18
x = −18/6 = −3

Respuesta

x = −3
y = 1
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: compb a = −7,348

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 = 7·(−6) + 6·(−3) + 2·3 = −54

Longitud de b

|b| = √((−6)² + (−3)² + 3²) = 7,348

Proyección escalar

compb a = a·b/|b| = −54/7,348 = −7,348

Respuesta

compb a = −7,348

Negativa: a tiene una componente que apunta contra b.

6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: n̂y = 0,2617

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) − 5·(−4) = 14
(a × b)y = azbx − axbz = 5·(−4) − 5·(−3) = −5
(a × b)z = axby − aybx = 5·(−4) − 2·(−4) = −12

Normalizar

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

|a × b| = √(14² + (−5)² + (−12)²) = 19,1
n̂ = −(14, −5, −12)/19,1 = (−0,7328, 0,2617, 0,6281)
n̂y = 0,2617

Respuesta

n̂y = 0,2617
7.Integrales

Respuesta: I = 1,551

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

(3,125·ln 2,5 − 1,5625) − (0 − 0,25) = 1,551

Respuesta

I = 1,551
8.Integrales

Respuesta: A = 18

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 = 3x → x = 0, x = 6

Integrar superior menos inferior

A = [1,5x2 − 0,1667x3]06 = 18

Respuesta

A = 18
9.Cálculo multivariable

Respuesta: dz/dt = 8

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.

Punto y tasas de variación

x(−1) = 0, y(−1) = −2
dx/dt = −2, dy/dt = −4t = 4

Derivadas parciales

fx = 3x²y − 6x − 2y = 4
fy = x³ − 2y − 2x = 4

Regla de la cadena

dz/dt = 4·(−2) + 4·4 = 8

Respuesta

dz/dt = 8
10.Cálculo multivariable

Respuesta: I = 0,4

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).

Región

0 ≤ x ≤ y, 0 ≤ y ≤ 2

Orden invertido

I = ∫02 ∫0y 1/(1 + y²)² dx dy = ∫02 y·1/(1 + y²)² dy

Sustitución u = y²

I = [−1/(2(1 + y²))]02 = 0,4

Respuesta

I = 0,4
11.Sucesiones y series

Respuesta: D: Σ 2/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 (4/5)ᵏ → Geométrica con r = 4/5, |r| < 1: converge.
B: Σ 3/k² → Serie p con p = 2 > 1: converge.
C: Σ 1/(k(k + 4)) → Menor que 1/k²: converge por comparación.
D: Σ 2/k → Un múltiplo de la serie armónica (p = 1): diverge.

La respuesta

D: Σ 2/k

Respuesta

D: Σ 2/k
12.Sucesiones y series

Respuesta: S = 0,75

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 k·xᵏ = x/(1 − x)²

Sustituir

x = 1/3
S = 0,3333/(1 − 0,3333)² = 0,75

Respuesta

S = 0,75
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: A = 6,8

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 + 7s + 6 = (s + 1)(s + 6)
F(s) = A/(s + 1) + B/(s + 6)

Regla del tapado

Multiplica por (s + 1) y haz s = −1: el término de B se anula.

A = (s + 35)/(s + 6) |s = −1 = 34/5 = 6,8

Respuesta

A = 6,8
(B = −5,8, así que f(t) = 6,8·e−t − 5,8·e−6t)
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: g(0.25) = 0,7656

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) = 6/(s² + 4s + 20)

Fracciones parciales

s² + 4s + 20 = (s + 2)² + 4²
G(s) = (6/4)·4/((s + 2)² + 4²)

Respuesta al impulso

g(t) = e−2t·(1,5·sin 4t)
g(0,25) = 0,7656

Respuesta

g(0,25) = 0,7656
15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: Ay = 60

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 = 10·1 = 10
∫h dt = 3·2 = 6

Área de la salida

Ay = 10·6 = 60

Respuesta

Ay = 60
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: h[3] = 0,032

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

h[0] = 0,5
h[1] = 0,2
h[2] = 0,08
h[3] = 0,032

Resultado

h[3] = 0,5·(0,4)3 = 0,032

Respuesta

h[3] = 0,032

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