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)29Ta​190 °C

Una pieza de acero forjado a 420 °C se deja enfriar en un taller a 25 °C. Al cabo de 29 min su temperatura es 190 °C. Sigue la ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Halla la constante k en min⁻¹.

T0 = 420 °CTa = 25 °CT(29) = 190 °C
k = min⁻¹
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyK = 10y(0,5) = ?

Un sistema obedece y″ + 4y′ + 13y = 130 para t ≥ 0, partiendo del reposo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Halla y(0,5); ángulos en radianes.

y″ + 4y′ + 13y = 130y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =−50−5−3−5−1−553

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

A = [−5 0 −5; −3 −5 −1; −5 5 3]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =5−6−61b =−3−12

Resuelve el sistema 5x − 6y = −3 y −6x + y = −12. Calcula x.

5x − 6y = −3−6x + y = −12
x =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzdFAB

Una fuerza constante F = (0, −30, −25) N actúa sobre un objeto mientras este se mueve en línea recta del punto A(−1, 0, 2) al punto B(−5, −5, −3). Las coordenadas están en metros. Halla el trabajo W realizado por la fuerza.

F = (0, −30, −25) NA(−1, 0, 2) mB(−5, −5, −3) m
W = J
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzrFOA

Una fuerza F = (−50, 50, −30) N actúa en el punto A(4, 2, 2). Las coordenadas están en metros. Halla la componente z Mz del momento de la fuerza respecto a el punto O(3, −1, 3).

F = (−50, 50, −30) NA(4, 2, 2) mO(3, −1, 3) m
Mz = N·m
7.IntegralesMedia
xyπy = x·sin x

Calcula I = ∫₀π x·sin x dx (x en radianes).

∫₀π x·sin x dx
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
xy−2−1P

El plano tangente a z = 4xy² − 3x² + 3xy en el punto donde (x, y) = (−2, −1) se puede escribir como z = px + qy + c. Halla c.

f(x, y) = 4xy² − 3x² + 3xy(a, b) = (−2, −1)
c =
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
xx₀ = −2??R

Halla el radio de convergencia R de la serie de potencias Σk=1∞ (x + 2)ᵏ/(k²·3ᵏ).

Σ (x + 2)ᵏ/(k²·3ᵏ)x₀ = −2
R =
12.Sucesiones y seriesDifícil

f(x) = sin x se aproxima en x = 1 por su polinomio de Maclaurin de grado n. Con la cota de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! y M = 1, halla el menor grado n que garantiza un error inferior a 1 × 10⁻⁶.

f(x) = sin xx = 1M = 1ε = 1 × 10⁻⁶
n =
13.Transformadas de LaplaceMedia
t (s)f(t)t = 0,1f(0,1) = ?

Halla f(t) para F(s) = (2s + 13)/(s² + 10s + 25) y evalúa f(0,1).

F(s) = (2s + 13)/(s² + 10s + 25)t = 0,1 s
f(0.1) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 1,2y(1,2) = ?

Resuelve y″ + 4y′ + 3y = 0 con y(0) = 1 y y′(0) = 0 usando la transformada de Laplace, y halla y(1,2).

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 1y′(0) = 0t = 1,2 s
y(1.2) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t32h(t)t41

El pulso x(t) = 2 para 0 ≤ t < 3 s se convoluciona con h(t), un triángulo que baja linealmente de 1 en t = 0 a 0 en t = 4 s. Halla el área Ay bajo y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 2, 0 ≤ t < 3 sh(0) = 1, h(4) = 0
Ay =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
δ[n]3+h[n]0,8·z⁻¹+

Un sistema obedece y[n] = 0,8·y[n − 1] + 3·x[n] y parte del reposo. Halla la muestra h[5] de su respuesta al impulso.

y[n] = 0,8y[n − 1] + 3x[n]x[n] = δ[n]
h[5] =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: k = 0,0301 min⁻¹

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.

Cociente de diferencias de temperatura

e−29k = 165/395

Despeja k

k = ln(395/165)/29 = 0,0301 min⁻¹

Respuesta

k = 0,0301 min⁻¹
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(0.5) = 7,293

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 = 10, r = −2 ± 3j

Constantes a partir de los valores iniciales

y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −2A + 3B = 0 → B = −6,667

Evalúa

y(0,5) = 10·(1 − e−1(cos 1,5 + 0,6667·sin 1,5)) = 7,293

Respuesta

y(0,5) = 7,293
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = 250

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 = −10, M₁₂ = −14, M₁₃ = −40

Desarrollo por cofactores

det A = (−5)·(−10) − 0·(−14) + (−5)·(−40) = 250

Respuesta

det A = 250
4.Matrices y determinantes

Respuesta: x = 2,419

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 = 5·1 − (−6)·(−6) = −31

Sustituir la columna de x

det Aₓ = (−3)·1 − (−6)·(−12) = −75
x = −75/(−31) = 2,419

Respuesta

x = 2,419
y = 2,516
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: W = 275 J

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.

Desplazamiento

d = B − A = (−5, −5, −3) − (−1, 0, 2) = (−4, −5, −5) m

Trabajo

W = F·d = 0·(−4) + (−30)·(−5) + (−25)·(−5) = 275 J

Respuesta

W = 275 J
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: Mz = 200 N·m

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.

Vector de posición de O a A

r = A − O = (4, 2, 2) − (3, −1, 3) = (1, 3, −1) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 3·(−30) − (−1)·50 = −40 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−1)·(−50) − 1·(−30) = 80 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = 1·50 − 3·(−50) = 200 N·m

Componente pedida

Mz = 200 N·m

Respuesta

Mz = 200 N·m
7.Integrales

Respuesta: I = 3,142

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 = x, du = dx; dv = sin x dx, v = −cos x

Primitiva

∫x sin x dx = −x cos x + ∫cos x dx = −x cos x + sin x

Límites

(−π·cos π + sin π) − (0 + 0) = 3,142

Respuesta

I = 3,142
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: c = 22

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) = −14
fx = 4y² − 6x + 3y → fx(−2, −1) = 13
fy = 8xy + 3x → fy(−2, −1) = 10

Plano tangente

z = −14 + 13(x + 2) + 10(y + 1)
z = 13x + 10y + 22

Término constante

c = 22

Respuesta

c = 22
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: R = 3

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 = 3·((k + 1)/k)² → 3

Radio

R = 3

Respuesta

R = 3

El criterio del cociente no dice nada en los dos extremos; hay que comprobarlos por separado.

12.Sucesiones y series

Respuesta: n = 9

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.

n(n + 1)!cota011120,5260,16673240,0416741200,00833357200,001389650400,00019847403202,48 × 10⁻⁵83628802,756 × 10⁻⁶936288002,756 × 10⁻⁷

Cotas para n creciente

n = 8: 2,756 × 10⁻⁶ ≥ 1 × 10⁻⁶
n = 9: 2,756 × 10⁻⁷ < 1 × 10⁻⁶

Menor grado

n = 9

Respuesta

n = 9
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.1) = 1,395

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 + 10s + 25 = (s + 5)²

Fracciones parciales

2s + 13 = 2(s + 5) + 3
F(s) = 2/(s + 5) + 3/(s + 5)²

Transformada inversa

f(t) = 2·e−5t + 3·t·e−5t
f(0,1) = (2 + 3·0,1)·e−5·0,1 = 1,395

Respuesta

f(0,1) = 1,395
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(1.2) = 0,4381

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

Fracciones parciales

A = 3/2 = 1,5
B = 1/(−2) = −0,5

Resultado

y(t) = 1,5·e−t − 0,5·e−3t
y(1,2) = 0,4381

Respuesta

y(1,2) = 0,4381

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

15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: Ay = 12

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 = 2·3 = 6
∫h dt = ½·4·1 = 2

Área de la salida

Ay = 6·2 = 12

Respuesta

Ay = 12
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: h[5] = 0,983

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] = 3
h[1] = 2,4
h[2] = 1,92
h[3] = 1,536
h[4] = 1,229
h[5] = 0,983

Resultado

h[5] = 3·(0,8)5 = 0,983

Respuesta

h[5] = 0,983

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