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)17Ta​T = ?

Una taza de café a 83 °C se deja en una habitación a 18 °C. Sigue la ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Con k = 0,05 min⁻¹, halla su temperatura T al cabo de 17 min.

T0 = 83 °CTa = 18 °Ck = 0,05 min⁻¹t = 17 min
T = °C
2.Ecuaciones diferencialesDifícil
t (min)m (kg)t = ?15 kg

Un depósito contiene 100 L de agua en la que hay disueltos 5 kg de sal. Entra salmuera con 0,25 kg de sal por litro a 4 L/min, y la disolución bien mezclada sale al mismo caudal. ¿Al cabo de cuántos minutos t contiene el depósito 15 kg de sal?

V = 100 Lm0 = 5 kgc = 0,25 kg/Lr = 4 L/min
t = min
3.Matrices y determinantesMedia
A =103−2−23−211

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

A = [1 0 3; −2 −2 3; −2 1 1]
det A =
4.Matrices y determinantesDifícil
A =−611−5b =410

Resuelve el sistema −6x + y = 4 y x − 5y = 10. Calcula x.

−6x + y = 4x − 5y = 10
x =
5.Vectores: producto escalar y vectorialMedia
xyzab

Halla el ángulo θ entre los vectores a = (6, −6, −3) y b = (−1, 4, 2), en grados.

a = (6, −6, −3)b = (−1, 4, 2)
θ = °
6.Vectores: producto escalar y vectorialDifícil
xyzab

Halla el área A del paralelogramo generado por a = (3, −4, −4) y b = (5, −3, 1).

a = (3, −4, −4)b = (5, −3, 1)
A =
7.IntegralesMedia
xy11,5y = x ln x

Calcula I = ∫₁1,5 x·ln x dx.

∫₁1,5 x ln x dx
I =
8.IntegralesDifícil
xy1y = 2xy = 2x²

La región entre la recta y = 2x y la parábola y = 2x² gira alrededor del eje x. Halla el volumen V del sólido.

y = 2xy = 2x²
V =
9.Cálculo multivariableMedia

z = −4xy − 5x² + y² con x = −t − 1 e y = t². Usa la regla de la cadena para hallar dz/dt en t = 2.

z = −4xy − 5x² + y²x = −t − 1y = t²t = 2
dz/dt =
10.Cálculo multivariableDifícil
xy−202−101AB

Los puntos marcados son los puntos críticos de f(x, y) = −x³ + 3x − y². Haz clic en el punto de silla.

f(x, y) = −x³ + 3x − y²
  1. 1A (−1, 0)
  2. 2B (1, 0)
11.Sucesiones y seriesMedia
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Aplica el criterio del cociente a Σk=1∞ (k!)²·5ᵏ/(2k)!. Halla L = lim |ak+1/ak|.

ak = (k!)²·5ᵏ/(2k)!
L =
12.Sucesiones y seriesDifícil
xyfP₂0,8

Usa el polinomio de Maclaurin de grado 2 de f(x) = e−x para aproximar f(0,8). Da P₂(0,8).

f(x) = e−xn = 2x = 0,8
P₂(0.8) =
13.Transformadas de LaplaceMedia
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−81

F(s) = (5s + 35)/(s² + 6s + 5). Su transformada inversa tiene la forma f(t) = A·e−t + B·e−5t. Halla el coeficiente A por fracciones parciales.

F(s) = (5s + 35)/(s² + 6s + 5)
A =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Un sistema cumple y″ + 10y′ + 24y = 48·u(t), con y(0) = 3 e y′(0) = 0. En t = 0 se aplica una entrada escalón u(t) = 10. Usa la transformada de Laplace para hallar y(0,2).

y″ + 10y′ + 24y = 48·u(t)y(0) = 3y′(0) = 0u(t) = 10t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convolución y sistemas LTIMedia
x(t)t22h(t)t11

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

x(t) = 2, 0 ≤ t < 2 sh(t) = 1, 0 ≤ t < 1 s
Ay =
16.Convolución y sistemas LTIDifícil
10cos(3,75t)h(t) = 10e−5t​u(t)y(t)

La entrada x(t) = 10·cos(3,75t) se aplica a un sistema con h(t) = 10·e−5tu(t). Halla la amplitud Ym de la salida en régimen permanente.

h(t) = 10e−5tu(t)x(t) = 10cos(3,75t)
Ym =

3Disoluciones

1.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: T = 45,78 °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) = 18 + 65·e−0,05t

Sustituye t

T(17) = 18 + 65·0,4274 = 45,78 °C

Respuesta

T = 45,78 °C
2.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: t = 17,33 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.

Resultado

m(t) = 25 + (−20)·e−t/25

Despeja t

e−t/25 = (25 − 15)/(25 − 5) = 0,5
t = 25·ln(2) = 17,33 min

Respuesta

t = 17,33 min
3.Matrices y determinantes

Respuesta: det A = −23

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 = −5, M₁₂ = 4, M₁₃ = −6

Desarrollo por cofactores

det A = 1·(−5) − 0·4 + 3·(−6) = −23

Respuesta

det A = −23
4.Matrices y determinantes

Respuesta: x = −1,034

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)·(−5) − 1·1 = 29

Sustituir la columna de x

det Aₓ = 4·(−5) − 1·10 = −30
x = −30/29 = −1,034

Respuesta

x = −1,034
y = −2,207
5.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: θ = 150,8 °

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 = 6·(−1) + (−6)·4 + (−3)·2 = −36

Módulos

|a| = √(6² + (−6)² + (−3)²) = 9
|b| = √((−1)² + 4² + 2²) = 4,583

Ángulo

cos θ = −36/(9·4,583) = −0,8729
θ = arccos(−0,8729) = 150,8°

Respuesta

θ = 150,8°
6.Vectores: producto escalar y vectorial

Respuesta: A = 30,1

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 = (−4)·1 − (−4)·(−3) = −16
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·5 − 3·1 = −23
(a × b)z = axby − aybx = 3·(−3) − (−4)·5 = 11

Área

A = |a × b| = √((−16)² + (−23)² + 11²) = 30,1

Respuesta

A = 30,1
7.Integrales

Respuesta: I = 0,1436

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

(1,125·ln 1,5 − 0,5625) − (0 − 0,25) = 0,1436

Respuesta

I = 0,1436
8.Integrales

Respuesta: V = 1,676

Volúmenes de revolución: al girar alrededor del eje x la región bajo y = f(x) desde x = a hasta x = b se obtiene un sólido cuya sección transversal en x es un disco de radio f(x). Sumando los discos se obtiene V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Cuando la región está entre una curva exterior R(x) y una curva interior r(x), cada rebanada es una arandela: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Eleva los radios al cuadrado antes de restarlos.

Puntos de corte

2x = 2x² → x = 0, x = 1

Método de las arandelas

V = π∫₀1 ((2x)² − (2x²)²) dx

Integrar

V = π(4·1³/3 − 4·1⁵/5) = π·0,5333 = 1,676

Respuesta

V = 1,676
9.Cálculo multivariable

Respuesta: dz/dt = 66

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(2) = −3, y(2) = 4
dx/dt = −1, dy/dt = 2t = 4

Derivadas parciales

fx = −4y − 10x = 14
fy = −4x + 2y = 20

Regla de la cadena

dz/dt = 14·(−1) + 20·4 = 66

Respuesta

dz/dt = 66
10.Cálculo multivariable

Respuesta: A (−1, 0)

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 − 3) = 0
fy = −(2y) = 0
(1, 0), (−1, 0)

Criterio de la segunda derivada

(1, 0): fxx = −6, fyy = −2, fxy = 0, D = 12 → máximo local
(−1, 0): fxx = 6, fyy = −2, fxy = 0, D = −12 → punto de silla

El punto

A (−1, 0): punto de silla

Respuesta

A (−1, 0)
11.Sucesiones y series

Respuesta: L = 1,25

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.

Cociente de términos consecutivos

|ak+1/ak| = 5·(k + 1)²/((2k + 2)(2k + 1)) → 5/4

Conclusión

L = 1,25 > 1

Respuesta

L = 1,25

L > 1, así que la serie diverge.

12.Sucesiones y series

Respuesta: P₂(0.8) = 0,52

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.

Polinomio de Maclaurin

P₂(x) = 1 − x + 0,5x²

Sustituir

P₂(0,8) = 1 − 0,8 + 0,32 = 0,52

Respuesta

P₂(0,8) = 0,52

El valor exacto es f(0,8) = 0,449329; el error −0,070671 disminuye si tomas más términos o un punto más cercano a 0.

13.Transformadas de Laplace

Respuesta: A = 7,5

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 + 6s + 5 = (s + 1)(s + 5)
F(s) = A/(s + 1) + B/(s + 5)

Regla del tapado

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

A = (5s + 35)/(s + 5) |s = −1 = 30/4 = 7,5

Respuesta

A = 7,5
(B = −2,5, así que f(t) = 7,5·e−t − 2,5·e−5t)
14.Transformadas de Laplace

Respuesta: y(0.2) = 7,325

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

(s² + 10s + 24)·Y(s) = 3s + 30 + 480/s
Y(s) = (3s² + 30s + 480)/(s(s + 4)(s + 6))

Fracciones parciales

A = 480/(4·6) = 20
B = 408/((−4)·2) = −51
C = 408/((−6)·(−2)) = 34

Resultado

y(t) = 20 − 51·e−4t + 34·e−6t
y(0,2) = 7,325

Respuesta

y(0,2) = 7,325

Comprueba: y(0) = A + B + C = 3.

15.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: Ay = 4

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 = 2·2 = 4
∫h dt = 1·1 = 1

Área de la salida

Ay = 4·1 = 4

Respuesta

Ay = 4
16.Convolución y sistemas LTI

Respuesta: Ym = 16

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)|.

Respuesta en frecuencia

H(jω) = 10/(5 + jω)

Ganancia a la frecuencia de entrada

|H(j3,75)| = 10/√(5² + 3,75²) = 1,6
Ym = 10·1,6 = 16

Respuesta

Ym = 16

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