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) = 3y(1,5) = ?

Resuelve y″ + 4y′ + 4y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = 4. Halla y(1,5).

y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 3y′(0) = 4
y(1.5) =
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyK = 1y(0,5) = ?

Un sistema obedece y″ + 3y′ + 18,25y = 18,25 para t ≥ 0, partiendo del reposo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Halla y(0,5); ángulos en radianes.

y″ + 3y′ + 18,25y = 18,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =450−32−4−22−5

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

A = [4 5 0; −3 2 −4; −2 2 −5]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =−65−44b =70

Resuelve el sistema −6x + 5y = 7 y −4x + 4y = 0. Calcula x.

−6x + 5y = 7−4x + 4y = 0
x =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla el producto escalar a·b de a = (6, −4, −5) y b = (6, −7, 0).

a = (6, −4, −5)b = (6, −7, 0)
a·b =
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzabc

Halla el volumen V del paralelepípedo cuyas aristas desde un vértice son a = (1, 3, 5), b = (−5, −3, −1) y c = (2, −1, 5).

a = (1, 3, 5)b = (−5, −3, −1)c = (2, −1, 5)
V =
7.IntegralesMedia
xy2y = x·cos x

Calcula I = ∫₀2 x·cos x dx (x en radianes).

∫₀2 x·cos x dx
I =
8.IntegralesDifícil
xyy = 2x2​y = 2x

Calcula el área A de la región encerrada entre y = 2x2 e y = 2x.

y = 2x2y = 2x
A =
9.Cálculo multivariableMedia
xy−4−2002vP

Para f(x, y) = −y·e−xy, halla la derivada direccional Duf en (−1, 1) en la dirección de v = (−3, 2).

f(x, y) = −y·e−xyP = (−1, 1)v = (−3, 2)
Duf =
10.Cálculo multivariableDifícil
xyx = 3y = 0,5x31,5

Calcula I = ∬T (3x) dA sobre el triángulo T limitado por y = 0, x = 3 e y = 0,5x.

f = 3x0 ≤ x ≤ 30 ≤ y ≤ 0,5x
I =
11.Sucesiones y seriesMedia
kSn​12345678910S = ?

Halla la suma S = Σk=1∞ 1/(k(k + 2)).

ak = 1/(k(k + 2))
S =
12.Sucesiones y seriesDifícil

f(x) = cos 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 × 10⁻⁵.

f(x) = cos xx = 1M = 1ε = 1 × 10⁻⁵
n =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−2−4−6−8−10−122

Halla f(t) para F(s) = (2s + 22)/(s² + 8s + 25) completando el cuadrado, y evalúa f(0,2).

F(s) = (2s + 22)/(s² + 8s + 25)t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Resuelve y″ + 11y′ + 30y = 0 con y(0) = 8 y y′(0) = −1 usando la transformada de Laplace, y halla y(0,2).

y″ + 11y′ + 30y = 0y(0) = 8y′(0) = −1t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t15h(t)t21

El pulso x(t) = 5 para 0 ≤ t < 1 s se convoluciona con h(t), un triángulo que baja linealmente de 1 en t = 0 a 0 en t = 2 s. Halla el área Ay bajo y(t) = x(t) ∗ h(t).

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

Un sistema obedece y[n] = 0,4·y[n − 1] + 2·x[n] y parte del reposo. La entrada es el escalón unitario x[n] = u[n]. Halla y[3].

y[n] = 0,4y[n − 1] + 2x[n]x[n] = u[n]
y[3] =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1.5) = 0,8962

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 + 2)² = 0 → r = −2

Constantes

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 2A → B = 4 + 6 = 10

Evalúa

y(1,5) = (3 + 10·1,5)·e−3 = 0,8962

Respuesta

y(1,5) = 0,8962
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(0.5) = 1,036

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 = 1, r = −1,5 ± 4j

Constantes a partir de los valores iniciales

y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −1,5A + 4B = 0 → B = −0,375

Evalúa

y(0,5) = 1·(1 − e−0,75(cos 2 + 0,375·sin 2)) = 1,036

Respuesta

y(0,5) = 1,036
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = −43

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 = −2, M₁₂ = 7, M₁₃ = −2

Desarrollo por cofactores

det A = 4·(−2) − 5·7 + 0·(−2) = −43

Respuesta

det A = −43
4.Matrices y determinantes

Respuesta: x = −7

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)·4 − 5·(−4) = −4

Sustituir la columna de x

det Aₓ = 7·4 − 5·0 = 28
x = 28/(−4) = −7

Respuesta

x = −7
y = −7
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: a·b = 64

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.

Multiplica las componentes correspondientes y suma

a·b = 6·6 + (−4)·(−7) + (−5)·0 = 36 + 28 + 0 = 64

Respuesta

a·b = 64

Positivo: el ángulo entre los vectores es menor de 90°.

6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: V = 108

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = (−3)·5 − (−1)·(−1) = −16
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−1)·2 − (−5)·5 = 23
(b × c)z = bxcy − bycx = (−5)·(−1) − (−3)·2 = 11

Producto escalar con a

a·(b × c) = 1·(−16) + 3·23 + 5·11 = 108
V = |108| = 108

Respuesta

V = 108
7.Integrales

Respuesta: I = 0,4024

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 = cos x dx, v = sin x

Primitiva

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

Límites

(2·sin 2 + cos 2) − (0 + 1) = 0,4024

Respuesta

I = 0,4024
8.Integrales

Respuesta: A = 0,3333

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

2x2 = 2x → x = 0, x = 1

Integrar superior menos inferior

A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333

Respuesta

A = 0,3333
9.Cálculo multivariable

Respuesta: Duf = −5,277

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 = y²e−xy → fx(−1, 1) = 2,718
fy = −e−xy(1 − xy) → fy(−1, 1) = −5,437

Vector unitario

|v| = √((−3)² + 2²) = 3,606
u = (−0,8321, 0,5547)

Producto escalar

Duf = 2,718·(−0,8321) + (−5,437)·0,5547 = −5,277

Respuesta

Duf = −5,277
10.Cálculo multivariable

Respuesta: I = 13,5

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).

Límites

0 ≤ x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 0,5x

Integral interior

∫00,5x (3x) dy = 3x·0,5x = 1,5x²

Integral exterior

I = 1,5·3³/3 = 13,5

Respuesta

I = 13,5
11.Sucesiones y series

Respuesta: S = 0,75

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

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

Cancelar

S = (1/2)·(1 + 1/2) = 0,75

Respuesta

S = 0,75
12.Sucesiones y series

Respuesta: n = 8

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 × 10⁻⁶

Cotas para n creciente

n = 7: 2,48 × 10⁻⁵ ≥ 1 × 10⁻⁵
n = 8: 2,756 × 10⁻⁶ < 1 × 10⁻⁵

Menor grado

n = 8

Respuesta

n = 8
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.2) = 1,926

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 + 8s + 25 = (s + 4)² + 9 = (s + 4)² + 3²

Igualar el numerador

F(s) = 2·(s + 4)/((s + 4)² + 3²) + (14/3)·3/((s + 4)² + 3²)

Transformada inversa

f(t) = e−4t·(2·cos 3t + 4,667·sin 3t)
f(0,2) = e−4·0,2·(2·cos(3·0,2) + 4,667·sin(3·0,2)) = 1,926

Respuesta

f(0,2) = 1,926
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.2) = 5,544

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 − 8s − (−1) + 11(sY − 8) + 30Y = 0
Y(s) = (8s + 87)/((s + 5)(s + 6))

Fracciones parciales

A = 47/1 = 47
B = 39/(−1) = −39

Resultado

y(t) = 47·e−5t − 39·e−6t
y(0,2) = 5,544

Respuesta

y(0,2) = 5,544

Comprueba: y(0) = A + B = 8.

15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: Ay = 5

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 = 5·1 = 5
∫h dt = ½·2·1 = 1

Área de la salida

Ay = 5·1 = 5

Respuesta

Ay = 5
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y[3] = 3,248

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] = 2
y[1] = 2,8
y[2] = 3,12
y[3] = 3,248

Resultado

y[3] = 2·(1 − (0,4)4)/(1 − 0,4) = 3,248

Respuesta

y[3] = 3,248

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