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)28Ta​T = ?

Una taza de café a 88 °C se deja en una habitación a 23 °C. Sigue la ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Con k = 0,12 min⁻¹, halla su temperatura T al cabo de 28 min.

T0 = 88 °CTa = 23 °Ck = 0,12 min⁻¹t = 28 min
T = °C
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyy(0) = 3y(1) = ?

Resuelve y″ + 4y′ + 8y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = 0 (soltado desde el reposo). Halla y(1); ángulos en radianes.

y″ + 4y′ + 8y = 0y(0) = 3y′(0) = 0
y(1) =
3.Matrices y determinantesMedia
A =−44−5−34−42−5−4

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

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

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

A = [−3 −2; −1 −2]
λ =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla el producto escalar a·b de a = (6, −7, −7) y b = (4, 1, −7).

a = (6, −7, −7)b = (4, 1, −7)
a·b =
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzabc

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

a = (−2, −5, −3)b = (3, 5, 1)c = (2, −3, 3)
V =
7.IntegralesMedia
xy02

Calcula I = ∫02 2x·(x² + 1)2 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 2]
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
xy−11P

Usa el plano tangente de f(x, y) = −2x²e0,5y en (−1, 1) para aproximar f(−0,8, 1,05). Da la aproximación lineal L.

f(x, y) = −2x²e0,5y(a, b) = (−1, 1)(x, y) = (−0,8, 1,05)
L =
10.Cálculo multivariableDifícil
xy−20−2−101AB

Los puntos marcados son los puntos críticos de f(x, y) = x³ + y³ + 3xy. Haz clic en el máximo local.

f(x, y) = x³ + y³ + 3xy
  1. 1A (−1, −1)
  2. 2B (0, 0)
11.Sucesiones y seriesMedia
xx₀ = 2??R

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

Σ 3ᵏ·(x − 2)ᵏ/(k + 1)x₀ = 2
R =
12.Sucesiones y seriesDifícil

Halla el coeficiente c₂ de (x − 2)² en la serie de Taylor de f(x) = 1/x alrededor de a = 2.

f(x) = 1/xa = 2k = 2
c₂ =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−2−424

Halla f(t) para F(s) = 23/(s² + 8s + 32) completando el cuadrado, y evalúa f(0,1).

F(s) = 23/(s² + 8s + 32)t = 0,1 s
f(0.1) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Un sistema cumple y″ + 9y′ + 20y = 20·u(t). Parte del reposo (y(0) = 0, y′(0) = 0) y la entrada es un escalón u(t) = 2 para t ≥ 0. Usa la transformada de Laplace para hallar la salida y(0,25).

y″ + 9y′ + 20y = 20·u(t)u(t) = 2y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t24h(t)t35

El pulso x(t) = 4 para 0 ≤ t < 2 s (cero en el resto) se aplica a un sistema con la respuesta al impulso h(t) = 5 para 0 ≤ t < 3 s (cero en el resto). Halla la salida y(1) en t = 1 s.

x(t) = 4, 0 ≤ t < 2 sh(t) = 5, 0 ≤ t < 3 st = 1 s
y(1) =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
δ(t)y′ + 2y = 5xh(t)

Un sistema obedece y′(t) + 2·y(t) = 5·x(t). Halla su respuesta al impulso en t = 0,2 s, h(0,2).

y′ + 2y = 5xt = 0,2 s
h(0.2) =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: T = 25,26 °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) = 23 + 65·e−0,12t

Sustituye t

T(28) = 23 + 65·0,03474 = 25,26 °C

Respuesta

T = 25,26 °C
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(1) = 0,2002

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 ± 2j

Constantes

A = 3, B = 2·3/2 = 3

Evalúa

y(1) = e−2(3·cos 2 + 3·sin 2) = 0,2002

Respuesta

y(1) = 0,2002
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = 29

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 = −36, M₁₂ = 20, M₁₃ = 7

Desarrollo por cofactores

det A = (−4)·(−36) − 4·20 + (−5)·7 = 29

Respuesta

det A = 29
4.Matrices y determinantes

Respuesta: λ = −1

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 − (−5)λ + (4) = 0

Resuelve

λ = (−5 ± √(9))/2 → λ = −4, −1
λ = −1

Respuesta

λ = −1
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: a·b = 66

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 = 6·4 + (−7)·1 + (−7)·(−7) = 24 + (−7) + 49 = 66

Respuesta

a·b = 66

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

6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: V = 56

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 = 5·3 − 1·(−3) = 18
(b × c)y = bzcx − bxcz = 1·2 − 3·3 = −7
(b × c)z = bxcy − bycx = 3·(−3) − 5·2 = −19

Producto escalar con a

a·(b × c) = (−2)·18 + (−5)·(−7) + (−3)·(−19) = 56
V = |56| = 56

Respuesta

V = 56
7.Integrales

Respuesta: I = 41,33

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.

Sustitución

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u2 du

Integrar y evaluar

I = [u3/3]15 = (125 − 1)/3 = 41,33

Respuesta

I = 41,33
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: L = −2,061

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(−1, 1) = −3,297
fx = −4xe0,5y → fx(−1, 1) = 6,595
fy = −x²e0,5y → fy(−1, 1) = −1,649

Plano tangente

z = −3,297 + 6,595(x + 1) − 1,649(y − 1)
z = 6,595x − 1,649y + 4,946

Aproximación lineal

L = −3,297 + 6,595·0,2 + (−1,649)·0,05 = −2,061

Respuesta

L = −2,061

El valor exacto es f = −2,163787; el plano se aproxima bien porque el incremento es pequeño.

10.Cálculo multivariable

Respuesta: A (−1, −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

El punto

A (−1, −1): máximo local

Respuesta

A (−1, −1)
11.Sucesiones y series

Respuesta: R = 0,3333

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 = (1/3)·(k + 2)/(k + 1) → 0,3333

Radio

R = 0,3333

Respuesta

R = 0,3333

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

12.Sucesiones y series

Respuesta: c₂ = 0,125

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.

Derivada f⁽²⁾

f⁽²⁾(x) = 2/x³

Coeficiente

c₂ = 2/(2³·2) = 0,125
c₂ = 0,125

Respuesta

c₂ = 0,125
13.Transformadas de Laplace

Respuesta: f(0.1) = 1,501

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 + 32 = (s + 4)² + 16 = (s + 4)² + 4²

Igualar el numerador

F(s) = (23/4)·4/((s + 4)² + 4²)

Transformada inversa

f(t) = e−4t·(5,75·sin 4t)
f(0,1) = e−4·0,1·(5,75·sin(4·0,1)) = 1,501

Respuesta

f(0,1) = 1,501
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.25) = 0,6132

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

Y(s) = 40/(s(s + 4)(s + 5))

Fracciones parciales

A = 40/(4·5) = 2
B = 40/((−4)·1) = −10
C = 40/((−5)·(−1)) = 8

Pérdidas

y(t) = 2 − 10·e−4t + 8·e−5t
y(0,25) = 0,6132

Respuesta

y(0,25) = 0,6132
15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: y(1) = 20

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).

Solapamiento del pulso invertido

h(t − τ) es el pulso de h invertido y desplazado de modo que termina en τ = t.

τ ∈ [0, 1] → longitud 1 s

Integral

y(1) = 4·5·1 = 20

Respuesta

y(1) = 20

y(t) es un trapecio: sube desde 0, se mantiene en 40 y vuelve a 0 en t = 5 s.

16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: h(0.2) = 3,352

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)|.

Función de transferencia

H(s) = Y(s)/X(s) = 5/(s + 2)

Respuesta al impulso

h(t) = 5·e−2tu(t)
h(0,2) = 5·e−0,4 = 3,352

Respuesta

h(0,2) = 3,352

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