Matematika Teknik 2: paket kilat

Lembar rumus, langkah-langkah metode utama untuk setiap topik, dan 16 soal latihan, dengan pembahasan lengkap di bagian belakang.

Soal baruKembali ke mata kuliah

Di jendela cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan di perangkat Anda.

1Rumus dan metode

Persamaan diferensial

Pertumbuhan/peluruhan eksponensial
dy/dt = ky → y = y0ekt
Waktu paruh
k = ln 2 / t½
Hukum pendinginan Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Faktor integrasi
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Tangki pencampuran
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Matriks & determinan

determinan 2×2
det = ad − bc
Invers 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Produk
(AB)ij = Σk AikBkj
Nilai eigen
det(A − λI) = 0
Aturan Cramer
xi = det(Ai)/det(A)

Vektor: hasil kali titik & silang

Besar
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vektor satuan
û = a/|a|
Komponen dari sebuah sudut
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Hasil kali titik
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Proyeksi skalar a pada b
a·b/|b|
Usaha
W = F·d
Hasil kali silang
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Luas
jajar genjang |a × b|, segitiga ½|a × b|
Momen terhadap O
MO = r × F, r = A − O
Volume paralelepipedum
V = |a·(b × c)|

Metode

  1. Tulis setiap vektor dalam komponen; untuk gaya yang diberikan dengan besar dan sudut, gunakan F·cos θ dan F·sin θ.
  2. Untuk panjang dan arah gunakan besar √(x² + y² + z²) dan vektor satuan a/|a|.
  3. Gunakan hasil kali titik untuk sudut, proyeksi, ketegaklurusan, dan usaha: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Gunakan hasil kali silang untuk vektor tegak lurus, luas, dan momen: tulis ketiga komponen dengan teliti, jaga urutan a × b.

Integral

Aturan pangkat
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integral tentu
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integral umum
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Luas daerah antara kurva
∫ab (f − g) dx

Metode

  1. Tulis ulang integran sebagai jumlah suku-suku sederhana bila memungkinkan.
  2. Terapkan aturan pangkat: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), dan integral standar untuk ex, 1/x, sin, dan cos.
  3. Gunakan substitusi saat Anda melihat suatu fungsi bersama turunannya.
  4. Untuk integral tentu, hitung F(b) − F(a).

Kalkulus multivariabel

Turunan parsial
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradien
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Turunan berarah
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Bidang singgung
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Aturan rantai
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Uji turunan kedua
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Integral lipat dua
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Koordinat kutub
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Metode

  1. Untuk turunan parsial, anggap variabel lain sebagai konstanta dan pakai aturan satu variabel.
  2. Untuk soal gradien hitung ∇f = (fx, fy) di titik itu; pakai |∇f| untuk kemiringan tercuram dan ∇f·u dengan vektor satuan u untuk turunan berarah.
  3. Untuk ekstremum selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama, lalu klasifikasikan setiap titik dengan D = fxx·fyy − fxy².
  4. Untuk integral lipat dua gambar daerahnya, pilih urutannya (atau koordinat kutub untuk cakram) agar batas dalam adalah kurva pembatas, dan integralkan bagian dalam lebih dulu.

Barisan & deret

Barisan aritmetika
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Barisan geometri
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Deret geometri tak hingga
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Deret-p
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Uji rasio
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Jari-jari kekonvergenan
R = lim |ck/ck+1|
Polinom Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Deret Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Batas galat Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Metode

  1. Kenali jenisnya: aritmetika (beda tetap), geometri (rasio tetap), deret baku, deret pangkat, atau polinom Taylor.
  2. Untuk jumlah pakai Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), atau S = a₁/(1 − r) bila |r| < 1, dengan a₁ suku pertama dari jumlah itu.
  3. Untuk kekonvergenan: uji suku ke-n dulu, lalu bandingkan dengan Σ1/kᵖ atau deret geometri, dan pakai uji rasio atau akar untuk faktorial dan pangkat ke-k.
  4. Untuk polinom Taylor daftarkan f(a), f′(a), f″(a), …, bagi turunan ke-k dengan k!, dan batasi galat dengan M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Konvolusi & sistem LTI

Konvolusi diskret
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Konvolusi kontinu
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Panjang dan jumlah
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Awal, akhir, dan luas
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Undak ke e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Sistem orde satu
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Rekursi orde satu
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Sinusoida melalui h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Amplitudo deret Fourier
persegi ±A: 4A/(kπ), k ganjil; segitiga ±A: 8A/(π²k²), k ganjil; deretan pulsa: A·D dan (2A/(kπ))|sin kπD|

Metode

  1. Buat sketsa kedua sinyal dan catat di mana masing-masing tidak nol.
  2. Balikkan h dan geser: untuk setiap waktu keluaran, cari rentang tempat kedua sinyal tumpang tindih.
  3. Kalikan dan jumlahkan (diskret) atau kalikan dan integralkan (kontinu) hanya pada tumpang tindih itu.
  4. Periksa hasilnya: keluaran dimulai pada jumlah waktu-waktu awal, berakhir pada jumlah waktu-waktu akhir, dan luas atau jumlahnya adalah hasil kali luas atau jumlah masukan.

2Soal latihan

1.Persamaan diferensialSedang
t (min)T (°C)7Ta​11 °C17 °C

Sekaleng minuman soda bersuhu 5 °C dikeluarkan dari lemari es ke ruangan bersuhu 25 °C. Setelah 7 menit suhunya 11 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama setelah awal, t, yang diperlukan untuk mencapai 17 °C?

T0 = 5 °CTa = 25 °CT(7) = 11 °CT = 17 °C
t = min
2.Persamaan diferensialSulit
tyK = 2y(0,25) = ?

Sebuah sistem memenuhi y″ + 4y′ + 29y = 58 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari y(0,25); sudut dalam radian.

y″ + 4y′ + 29y = 58y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.25) =
3.Matriks & determinanSedang
A =1−220−1−2−3−5−3

Tentukan determinan det A dari matriks 3×3 A yang ditunjukkan.

A = [1 −2 2; 0 −1 −2; −3 −5 −3]
det A =
4.Matriks & determinanSulit
A =4150

Tentukan nilai eigen yang lebih besar λ dari matriks A yang ditunjukkan.

A = [4 1; 5 0]
λ =
5.Vektor: hasil kali titik & silangSedang
xyzab

Tentukan hasil kali titik a·b dari a = (−2, 4, 1) dan b = (2, −7, 0).

a = (−2, 4, 1)b = (2, −7, 0)
a·b =
6.Vektor: hasil kali titik & silangSulit
xyzab

Tentukan luas A jajar genjang yang direntang oleh a = (−4, 2, 6) dan b = (5, 0, −4).

a = (−4, 2, 6)b = (5, 0, −4)
A =
7.IntegralSedang
xy01

Hitung I = ∫01 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 1]
I =
8.IntegralSulit
xy1y = x²eˣ

Hitung I = ∫₀1 x²·eˣ dx.

∫₀1 x²eˣ dx
I =
9.Kalkulus multivariabelSedang
xy2−1∇fP

Untuk f(x, y) = y·e−xy, carilah laju perubahan maksimum f di titik (2, −1), yaitu |∇f|.

f(x, y) = y·e−xyP = (2, −1)
|∇f| =
10.Kalkulus multivariabelSulit
xyx = 2y = 0,5x21

Hitunglah I = ∬T (x) dA pada segitiga T yang dibatasi oleh y = 0, x = 2, dan y = 0,5x.

f = x0 ≤ x ≤ 20 ≤ y ≤ 0,5x
I =
11.Barisan & deretSedang
kSn​12345678910S = ?

Carilah jumlah S = Σk=1∞ 12/(k(k + 4)).

ak = 12/(k(k + 4))
S =
12.Barisan & deretSulit

f(x) = eˣ dihampiri oleh polinom Maclaurin berderajat 4 pada x = 0,5. Pakai batas galat Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dengan M = e0,5 = 1,649 untuk mencari galat terbesar yang mungkin |R₄|.

f(x) = eˣn = 4x = 0,5M = 1,649
|R₄| =
13.Transformasi LaplaceSedang
t (s)f(t)t = 0,5f(0,5) = ?

Tentukan f(t) untuk F(s) = (4s + 29)/(s² + 2s + 1) dan hitung f(0,5).

F(s) = (4s + 29)/(s² + 2s + 1)t = 0,5 s
f(0.5) =
14.Transformasi LaplaceSulit
t (s)y(t)t = 0,6y(0,6) = ?

Sebuah sistem memenuhi y″ + 7y′ + 6y = 12·u(t), dengan y(0) = 5 dan y′(0) = 0. Pada t = 0 diberikan masukan langkah u(t) = 1. Gunakan transformasi Laplace untuk mencari y(0,6).

y″ + 7y′ + 6y = 12·u(t)y(0) = 5y′(0) = 0u(t) = 1t = 0,6 s
y(0.6) =
15.Konvolusi & sistem LTISedang
x(t)t11h(t)t41

Pulsa x(t) = 1 untuk 0 ≤ t < 1 s (nol di tempat lain) diberikan ke sistem dengan respons impuls h(t) = 1 untuk 0 ≤ t < 4 s (nol di tempat lain). Cari keluaran y(1) pada t = 1 s.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 1, 0 ≤ t < 4 st = 1 s
y(1) =
16.Konvolusi & sistem LTISulit
5cos(20t)h(t) = 2e−10t​u(t)y(t)

Masukan x(t) = 5·cos(20t) diberikan ke sistem dengan h(t) = 2·e−10tu(t). Cari fase φ keluaran keadaan tunak relatif terhadap masukan, dalam derajat.

h(t) = 2e−10tu(t)x(t) = 5cos(20t)
φ = °

3Larutan

1.Persamaan diferensial

Jawaban: t = 17,98 min

Persamaan diferensial orde satu: dy/dt = k·y memiliki penyelesaian y = y₀·ekt (pertumbuhan untuk k > 0, peluruhan untuk k < 0); waktu paruh T memberikan k = ln 2/T. Hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), memberikan T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Persamaan linear y′ + p(x)·y = q(x) diselesaikan dengan faktor integrasi μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, sehingga μy = ∫μq dx + C.

Konstanta pendinginan

k = ln(-20/-14)/7 = 0,05095 min⁻¹

Waktu untuk mencapai target

t = ln(-20/(−8))/0,05095 = 17,98 min

Jawaban

t = 17,98 min
2.Persamaan diferensial

Jawaban: y(0.25) = 1,157

Persamaan linear orde dua: untuk y″ + b·y′ + c·y = 0 coba y = ert: ini memberi persamaan karakteristik r² + b·r + c = 0. Dua akar real r₁ ≠ r₂ memberi y = A·er₁t + B·er₂t (redaman lebih); akar ganda r memberi y = (A + Bt)·ert (redaman kritis); akar kompleks −α ± jω memberi y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (redaman kurang, berosilasi). Nilai awal y(0) dan y′(0) menentukan A dan B. Ditulis sebagai y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn adalah frekuensi alami dan ζ rasio redaman: ζ < 1 berosilasi. Dengan masukan konstan, y″ + by′ + cy = c·K, penyelesaiannya adalah nilai tunak K ditambah respons bebas.

Nilai tunak dan akar-akar

yss = 2, r = −2 ± 5j

Konstanta dari nilai awal

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −2A + 5B = 0 → B = −0,8

Hitung nilainya

y(0,25) = 2·(1 − e−0,5(cos 1,25 + 0,4·sin 1,25)) = 1,157

Jawaban

y(0,25) = 1,157
3.Matriks & determinan

Jawaban: det A = −25

Matriks: determinan matriks 2×2 adalah ad − bc. Untuk 3×3, ekspansikan sepanjang satu baris: setiap entri dikali determinan matriks 2×2 yang tersisa setelah baris dan kolomnya dihapus, dengan tanda bergantian + − +. Nilai eigen λ memenuhi det(A − λI) = 0; untuk 2×2 itu adalah λ² − (trace)·λ + det = 0.

Minor 2×2 baris pertama

M₁₁ = −7, M₁₂ = −6, M₁₃ = −3

Ekspansi kofaktor

det A = 1·(−7) − (−2)·(−6) + 2·(−3) = −25

Jawaban

det A = −25
4.Matriks & determinan

Jawaban: λ = 5

Matriks: determinan matriks 2×2 adalah ad − bc. Untuk 3×3, ekspansikan sepanjang satu baris: setiap entri dikali determinan matriks 2×2 yang tersisa setelah baris dan kolomnya dihapus, dengan tanda bergantian + − +. Nilai eigen λ memenuhi det(A − λI) = 0; untuk 2×2 itu adalah λ² − (trace)·λ + det = 0.

Persamaan karakteristik

λ² − (4)λ + (−5) = 0

Selesaikan

λ = (4 ± √(36))/2 → λ = −1, 5
λ = 5

Jawaban

λ = 5
5.Vektor: hasil kali titik & silang

Jawaban: a·b = −32

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.

Kalikan komponen yang bersesuaian lalu jumlahkan

a·b = (−2)·2 + 4·(−7) + 1·0 = (−4) + (−28) + 0 = −32

Jawaban

a·b = −32

Negatif: sudut di antara kedua vektor lebih dari 90°.

6.Vektor: hasil kali titik & silang

Jawaban: A = 18,97

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.

Hasil kali silang

(a × b)x = aybz − azby = 2·(−4) − 6·0 = −8
(a × b)y = azbx − axbz = 6·5 − (−4)·(−4) = 14
(a × b)z = axby − aybx = (−4)·0 − 2·5 = −10

Luas

A = |a × b| = √((−8)² + 14² + (−10)²) = 18,97

Jawaban

A = 18,97
7.Integral

Jawaban: I = 3,195

Integral tentu: ∫ₐᵇ f(x) dx adalah luas bertanda antara grafik dan sumbu x dari a ke b. Cari antiturunan F (dengan F′ = f) dan hitung F(b) − F(a). Aturan pangkat: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Luas antara dua kurva adalah ∫(atas − bawah) dx.

Antiturunan

F(x) = e2x/2

Substitusikan batasnya

I = (e2 − 1)/2 = (7,389 − 1)/2 = 3,195

Jawaban

I = 3,195
8.Integral

Jawaban: I = 0,7183

Integrasi parsial: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, dari aturan perkalian. Pilih u sebagai faktor yang menjadi lebih sederhana saat diturunkan (pangkat x, atau ln x), dan dv sebagai faktor yang dapat Anda integralkan (eˣ, sin x, cos x, atau x bila u = ln x). Untuk integral tentu, hitung u·v pada kedua batas: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Faktor x² memerlukan dua putaran.

Putaran pertama

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Putaran kedua

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Limit

2,718·(1) − 1·2 = 0,7183

Jawaban

I = 0,7183
9.Kalkulus multivariabel

Jawaban: |∇f| = 23,37

Gradien: ∇f = (fx, fy) menunjuk ke arah kenaikan tercuram, dan |∇f| adalah laju perubahan terbesar. Turunan berarah sepanjang arah v adalah Duf = ∇f·u dengan vektor satuan u = v/|v|. Bidang singgung di (a, b) adalah z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); bidang ini memberi hampiran linear f di dekat titik itu. Aturan rantai: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Turunan parsial

fx = −y²e−xy → fx(2, −1) = −7,389
fy = e−xy(1 − xy) → fy(2, −1) = 22,17

Panjang gradien

|∇f| = √((−7,389)² + 22,17²) = 23,37

Jawaban

|∇f| = 23,37
10.Kalkulus multivariabel

Jawaban: I = 1,333

Titik kritis dan integral lipat dua: titik kritis memiliki fx = fy = 0. Uji turunan kedua dengan D = fxxfyy − fxy²: D > 0 dan fxx > 0 adalah minimum lokal, D > 0 dan fxx < 0 maksimum lokal, D < 0 titik pelana, dan D = 0 tidak menentukan apa pun. Untuk integral lipat dua pada daerah umum, jadikan batas dalam sebagai kurva yang membatasi daerah; untuk cakram dan juring pakai koordinat kutub, x = r cos θ, y = r sin θ dan dA = r dr dθ (jangan lupa faktor r).

Limit

0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 0,5x

Integral dalam

∫00,5x (x) dy = x·0,5x = 0,5x²

Integral luar

I = 0,5·2³/3 = 1,333

Jawaban

I = 1,333
11.Barisan & deret

Jawaban: S = 6,25

Kekonvergenan: jika suku-sukunya tidak menuju 0, deret divergen (uji suku ke-n). Σ1/kᵖ konvergen hanya untuk p > 1, dan Σrᵏ hanya untuk |r| < 1. Bandingkan suatu deret dengan salah satunya bila suku-sukunya berperilaku seperti itu untuk k besar. Uji rasio: L = lim |ak+1/ak|; uji akar: L = lim |ak|1/k. L < 1 konvergen, L > 1 divergen, L = 1 tidak menentukan apa pun. Deret pangkat Σck(x − x₀)ᵏ konvergen untuk |x − x₀| < R dengan R = lim |ck/ck+1|; deret selang-seling dengan suku-suku yang menurun menuju 0 konvergen.

Pecahan parsial

12/(k(k + 4)) = (12/4)·(1/k − 1/(k + 4))

Batal

S = (12/4)·(1 + 1/2 + 1/3 + 1/4) = 6,25

Jawaban

S = 6,25
12.Barisan & deret

Jawaban: |R₄| = 0,0004294

Polinom Taylor: di dekat x = a fungsi mulus didekati oleh Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; untuk a = 0 ini adalah polinom Maclaurin. Deret baku: 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. Batas galat Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, dengan M nilai terbesar |f⁽ⁿ⁺¹⁾| di antara a dan x.

Batas turunan

M = e0,5 = 1,649

Batas Lagrange

|R₄| ≤ 1,649·0,5⁵/5! = 0,0004294

Jawaban

|R₄| = 0,0004294

Galat sebenarnya lebih kecil: |f(0,5) − P₄(0,5)| = 0,0002838.

13.Transformasi Laplace

Jawaban: f(0.5) = 10,01

Transformasi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt mengubah turunan menjadi perkalian dengan s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pasangan baku: 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), dan pergeseran s → s + σ mengalikan fungsi waktu dengan e−σt. Untuk membalik F(s) rasional, uraikan menjadi pecahan parsial: residu sebuah kutub tunggal p adalah A = [(s − p)·F(s)] pada s = p. Teorema nilai akhir: f(∞) = lims→0 s·F(s), hanya berlaku jika semua kutub s·F(s) berada di setengah bidang kiri. Teorema nilai awal: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Faktorkan penyebut

s² + 2s + 1 = (s + 1)²

Pecahan parsial

4s + 29 = 4(s + 1) + 25
F(s) = 4/(s + 1) + 25/(s + 1)²

Transformasi balik

f(t) = 4·e−t + 25·t·e−t
f(0,5) = (4 + 25·0,5)·e−0,5 = 10,01

Jawaban

f(0,5) = 10,01
14.Transformasi Laplace

Jawaban: y(0.6) = 3,959

Transformasi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt mengubah turunan menjadi perkalian dengan s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pasangan baku: 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), dan pergeseran s → s + σ mengalikan fungsi waktu dengan e−σt. Untuk membalik F(s) rasional, uraikan menjadi pecahan parsial: residu sebuah kutub tunggal p adalah A = [(s − p)·F(s)] pada s = p. Teorema nilai akhir: f(∞) = lims→0 s·F(s), hanya berlaku jika semua kutub s·F(s) berada di setengah bidang kiri. Teorema nilai awal: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Transformasikan persamaannya

(s² + 7s + 6)·Y(s) = 5s + 35 + 12/s
Y(s) = (5s² + 35s + 12)/(s(s + 1)(s + 6))

Pecahan parsial

A = 12/(1·6) = 2
B = −18/((−1)·5) = 3,6
C = −18/((−6)·(−5)) = −0,6

Hasil

y(t) = 2 + 3,6·e−t − 0,6·e−6t
y(0,6) = 3,959

Jawaban

y(0,6) = 3,959

Periksa: y(0) = A + B + C = 5.

15.Konvolusi & sistem LTI

Jawaban: y(1) = 1

Konvolusi kontinu: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Balikkan h, geser ke posisi t, lalu integralkan hasil kali bagian-bagian yang tumpang tindih. Untuk sinyal kausal integralnya berjalan dari 0 sampai t. Hasil yang berguna: luas y sama dengan luas x dikali luas h; jika x berlangsung dari t₁ sampai t₂ dan h dari t₃ sampai t₄, maka y berlangsung dari t₁ + t₃ sampai t₂ + t₄. Untuk h(t) = e−atu(t) dan undak setinggi A, y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Tumpang tindih pulsa yang dibalik

h(t − τ) adalah pulsa h yang dibalik dan digeser sehingga berakhir di τ = t.

τ ∈ [0, 1] → panjang 1 s

Integral

y(1) = 1·1·1 = 1

Jawaban

y(1) = 1

y(t) berbentuk trapesium: naik dari 0, bertahan di 1, dan turun kembali ke 0 pada t = 5 s.

16.Konvolusi & sistem LTI

Jawaban: φ = −63,43 °

Respons impuls dan deret Fourier: respons impuls h(t) menggambarkan sistem LTI sepenuhnya: untuk y′ + a·y = b·x responsnya h(t) = b·e−atu(t), dan untuk y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] responsnya h[n] = b·aⁿu[n]. Sinusoida cos ωt melewatinya dengan penguatan |H(jω)| dan fase ∠H(jω), dengan H adalah transformasi Fourier dari h. Sinyal periodik adalah jumlah harmonisa pada k/T: gelombang persegi ±A hanya memiliki harmonisa ganjil dengan amplitudo 4A/(kπ), gelombang segitiga dengan puncak A memiliki 8A/(π²k²), dan deretan pulsa setinggi A dengan siklus kerja D memiliki rata-rata A·D dan harmonisa (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.

Respons frekuensi

H(jω) = 2/(10 + jω)

Fase pada frekuensi masukan

φ = −atan(20/10) = −63,43°

Jawaban

φ = −63,43°

ExamProblems · examproblems.com/courses/engineering-mathematics-2