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)12Ta​T = ?

Sekaleng minuman soda bersuhu 6 °C dikeluarkan dari lemari es ke ruangan bersuhu 22 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Dengan k = 0,07 min⁻¹, cari suhunya T setelah 12 menit.

T0 = 6 °CTa = 22 °Ck = 0,07 min⁻¹t = 12 min
T = °C
2.Persamaan diferensialSulit
t (min)m (kg)t = ?19 kg

Sebuah tangki berisi 200 L air yang melarutkan 10 kg garam. Air garam dengan 0,2 kg garam per liter mengalir masuk dengan laju 4 L/menit, dan larutan yang tercampur rata mengalir keluar dengan laju yang sama. Setelah berapa menit t tangki berisi 19 kg garam?

V = 200 Lm0 = 10 kgc = 0,2 kg/Lr = 4 L/min
t = min
3.Matriks & determinanSedang
A =1−44−231−54−3

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

A = [1 −4 4; −2 3 1; −5 4 −3]
det A =
4.Matriks & determinanSulit
A =11−2−1b =1010

Selesaikan sistem x + y = 10 dan −2x − y = 10. Tentukan x.

x + y = 10−2x − y = 10
x =
5.Vektor: hasil kali titik & silangSedang
xyzdFAB

Gaya konstan F = (5, −15, 0) N bekerja pada sebuah benda yang bergerak lurus dari titik A(−3, 5, 5) ke titik B(4, −3, −5). Koordinat dalam meter. Tentukan usaha W yang dilakukan gaya itu.

F = (5, −15, 0) NA(−3, 5, 5) mB(4, −3, −5) m
W = J
6.Vektor: hasil kali titik & silangSulit
xyzabc

Tentukan volume V paralelepipedum yang rusuk-rusuknya dari satu titik sudut adalah a = (4, −1, 0), b = (−5, 4, −1), dan c = (2, 1, −4).

a = (4, −1, 0)b = (−5, 4, −1)c = (2, 1, −4)
V =
7.IntegralSedang
xy4y = √(4x)

Daerah di bawah y = √(4x) dari x = 0 sampai x = 4 diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu (sebuah paraboloid).

y = √(4x)0 ≤ x ≤ 4
V =
8.IntegralSulit
xy−33

Tentukan luas A daerah antara parabola y = 9 − x² dan sumbu x.

y = 9 − x²
A =
9.Kalkulus multivariabelSedang
xy−12∇fP

Untuk f(x, y) = 5x³y² − 4x³ + 2y² + 4xy, carilah arah kenaikan tercuram di (−1, 2) sebagai sudut θ dari sumbu-x positif, dalam derajat di antara −180° dan 180°.

f(x, y) = 5x³y² − 4x³ + 2y² + 4xyP = (−1, 2)
θ = °
10.Kalkulus multivariabelSulit
xyx = 4y = 3x412

Hitunglah I = ∬T (4x + 4y) dA pada segitiga T yang dibatasi oleh y = 0, x = 4, dan y = 3x.

f = 4x + 4y0 ≤ x ≤ 40 ≤ y ≤ 3x
I =
11.Barisan & deretSedang
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Terapkan uji rasio pada Σk=1∞ kᵏ/(2ᵏ·k!). Carilah L = lim |ak+1/ak|.

ak = kᵏ/(2ᵏ·k!)
L =
12.Barisan & deretSulit
xyfP₄−1,5

Pakai polinom Maclaurin berderajat 4 dari f(x) = cos x untuk menghampiri f(−1,5). Berikan P₄(−1,5).

f(x) = cos xn = 4x = −1,5
P₄(−1.5) =
13.Transformasi LaplaceSedang
t (s)f(t)t = 0,4f(0,4) = ?

Tentukan f(t) untuk F(s) = (3s + 20)/(s² + 4s + 4) dan hitung f(0,4).

F(s) = (3s + 20)/(s² + 4s + 4)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Transformasi LaplaceSulit
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Sebuah sistem memenuhi y″ + 8y′ + 15y = 7,5·u(t). Sistem mulai dari keadaan diam (y(0) = 0, y′(0) = 0) dan masukannya adalah fungsi langkah u(t) = 10 untuk t ≥ 0. Gunakan transformasi Laplace untuk mencari keluaran y(0,1).

y″ + 8y′ + 15y = 7,5·u(t)u(t) = 10y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,1 s
y(0.1) =
15.Konvolusi & sistem LTISedang
x(t)t0,51h(t)t1

Pulsa x(t) = 1 untuk 0 ≤ t < 0.5 s (nol di tempat lain) diberikan ke sistem dengan h(t) = e−4tu(t). Cari keluaran y(2,5) pada t = 2,5 s, setelah pulsa berakhir.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−4tu(t)t = 2,5 s
y(2.5) =
16.Konvolusi & sistem LTISulit
2cos(20t)h(t) = 5e−10t​u(t)y(t)

Masukan x(t) = 2·cos(20t) diberikan ke sistem dengan h(t) = 5·e−10tu(t). Cari amplitudo Ym keluaran keadaan tunak.

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

3Larutan

1.Persamaan diferensial

Jawaban: T = 15,09 °C

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.

Penyelesaian hukum pendinginan

T(t) = 22 + (−16)·e−0,07t

Substitusikan t

T(12) = 22 + (−16)·0,4317 = 15,09 °C

Jawaban

T = 15,09 °C
2.Persamaan diferensial

Jawaban: t = 17,83 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.

Hasil

m(t) = 40 + (−30)·e−t/50

Selesaikan untuk t

e−t/50 = (40 − 19)/(40 − 10) = 0,7
t = 50·ln(1,429) = 17,83 min

Jawaban

t = 17,83 min
3.Matriks & determinan

Jawaban: det A = 59

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 = −13, M₁₂ = 11, M₁₃ = 7

Ekspansi kofaktor

det A = 1·(−13) − (−4)·11 + 4·7 = 59

Jawaban

det A = 59
4.Matriks & determinan

Jawaban: x = −20

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.

Determinan matriks koefisien

det A = 1·(−1) − 1·(−2) = 1

Ganti kolom x

det Aₓ = 10·(−1) − 1·10 = −20
x = −20/1 = −20

Jawaban

x = −20
y = 30
5.Vektor: hasil kali titik & silang

Jawaban: W = 155 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.

Perpindahan

d = B − A = (4, −3, −5) − (−3, 5, 5) = (7, −8, −10) m

Usaha

W = F·d = 5·7 + (−15)·(−8) + 0·(−10) = 155 J

Jawaban

W = 155 J
6.Vektor: hasil kali titik & silang

Jawaban: V = 38

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = 4·(−4) − (−1)·1 = −15
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−1)·2 − (−5)·(−4) = −22
(b × c)z = bxcy − bycx = (−5)·1 − 4·2 = −13

Hasil kali titik dengan a

a·(b × c) = 4·(−15) + (−1)·(−22) + 0·(−13) = −38
V = |−38| = 38

Jawaban

V = 38
7.Integral

Jawaban: V = 100,5

Volume benda putar: memutar daerah di bawah y = f(x) dari x = a sampai x = b mengelilingi sumbu x menghasilkan benda padat yang penampangnya di x berupa cakram berjari-jari f(x). Menjumlahkan cakram-cakram itu memberi V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Bila daerah terletak di antara kurva luar R(x) dan kurva dalam r(x), setiap irisan berupa cincin (washer): V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Kuadratkan jari-jari sebelum Anda menguranginya.

Metode cakram

V = π∫₀4 4x dx

Integralkan

V = π·4·4²/2 = 100,5

Jawaban

V = 100,5
8.Integral

Jawaban: A = 36

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.

Pembuat nol

9 − x² = 0 → x = ±3

Integralkan

A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36

Jawaban

A = 36
9.Kalkulus multivariabel

Jawaban: θ = −15,95 °

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 = 15x²y² − 12x² + 4y → fx(−1, 2) = 56
fy = 10x³y + 4y + 4x → fy(−1, 2) = −16

Arah

θ = atan2(−16, 56) = −15,95°

Jawaban

θ = −15,95°
10.Kalkulus multivariabel

Jawaban: I = 640

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 ≤ 4, 0 ≤ y ≤ 3x

Integral dalam

∫03x (4x + 4y) dy = 4x·3x + 4·(3x)²/2 = 30x²

Integral luar

I = 30·4³/3 = 640

Jawaban

I = 640
11.Barisan & deret

Jawaban: L = 1,359

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.

Rasio suku-suku berurutan

|ak+1/ak| = (1 + 1/k)ᵏ/2 → e/2

Kesimpulan

L = 1,359 > 1

Jawaban

L = 1,359

L > 1, jadi deret divergen.

12.Barisan & deret

Jawaban: P₄(−1.5) = 0,08594

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.

Polinom Maclaurin

P₄(x) = 1 − 0,5x² + 0,04167x⁴

Substitusikan

P₄(−1,5) = 1 − 1,125 + 0,210938 = 0,08594

Jawaban

P₄(−1,5) = 0,08594

Nilai eksaknya f(−1,5) = 0,0707372; galat −0,0152003 mengecil jika Anda mengambil lebih banyak suku atau titik yang lebih dekat ke 0.

13.Transformasi Laplace

Jawaban: f(0.4) = 3,864

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 + 4s + 4 = (s + 2)²

Pecahan parsial

3s + 20 = 3(s + 2) + 14
F(s) = 3/(s + 2) + 14/(s + 2)²

Transformasi balik

f(t) = 3·e−2t + 14·t·e−2t
f(0,4) = (3 + 14·0,4)·e−2·0,4 = 3,864

Jawaban

f(0,4) = 3,864
14.Transformasi Laplace

Jawaban: y(0.1) = 0,2888

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

Y(s) = 75/(s(s + 3)(s + 5))

Pecahan parsial

A = 75/(3·5) = 5
B = 75/((−3)·2) = −12,5
C = 75/((−5)·(−2)) = 7,5

Haluaran

y(t) = 5 − 12,5·e−3t + 7,5·e−5t
y(0,1) = 0,2888

Jawaban

y(0,1) = 0,2888
15.Konvolusi & sistem LTI

Jawaban: y(2.5) = 7,252 × 10⁻⁵

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).

Keluaran di akhir pulsa

y(0,5) = (1/4)(1 − e−2) = 0,2162

Peluruhan setelah pulsa

y(2,5) = 0,2162·e−4·2 = 7,252 × 10⁻⁵

Jawaban

y(2,5) = 7,252 × 10⁻⁵
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawaban: Ym = 0,4472

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) = 5/(10 + jω)

Penguatan pada frekuensi masukan

|H(j20)| = 5/√(10² + 20²) = 0,2236
Ym = 2·0,2236 = 0,4472

Jawaban

Ym = 0,4472

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