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)50Ta​63 °C

Sebuah komponen baja tempa bersuhu 340 °C dibiarkan mendingin di bengkel bersuhu 20 °C. Setelah 50 menit suhunya 63 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Cari konstanta k dalam min⁻¹.

T0 = 340 °CTa = 20 °CT(50) = 63 °C
k = min⁻¹
2.Persamaan diferensialSulit
tyK = 5ymax​ = ?

Sebuah sistem memenuhi y″ + y′ + 16,25y = 81,25 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari nilai puncak ymax dari respons langkahnya.

y″ + y′ + 16,25y = 81,25y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.Matriks & determinanSedang
A =3−2−2−2−2531−3

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

A = [3 −2 −2; −2 −2 5; 3 1 −3]
det A =
4.Matriks & determinanSulit
A =5−662b =2−8

Selesaikan sistem 5x − 6y = 2 dan 6x + 2y = −8. Tentukan x.

5x − 6y = 26x + 2y = −8
x =
5.Vektor: hasil kali titik & silangSedang
xyzab

Tentukan nilai k agar vektor a = (5, 5, 0) dan b = (k, −6, 2) saling tegak lurus.

a = (5, 5, 0)b = (k, −6, 2)
k =
6.Vektor: hasil kali titik & silangSulit
xyzrFOA

Sebuah gaya F = (−40, 40, −50) N bekerja di titik A(−1, 4, −2). Koordinat dalam meter. Tentukan komponen x Mx dari momen gaya terhadap titik asal O(0, 0, 0).

F = (−40, 40, −50) NA(−1, 4, −2) mO(0, 0, 0) m
Mx = N·m
7.IntegralSedang
xyπy = x·cos x

Hitung I = ∫₀π x·cos x dx (x dalam radian).

∫₀π x·cos x dx
I =
8.IntegralSulit
xy−33

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

y = 9 − x²
A =
9.Kalkulus multivariabelSedang
xy−10,5∇fP

Untuk f(x, y) = 2y·e3xy, carilah laju perubahan maksimum f di titik (−1, 0,5), yaitu |∇f|.

f(x, y) = 2y·e3xyP = (−1, 0,5)
|∇f| =
10.Kalkulus multivariabelSulit
xy05−2024(0, 0)(3, 3)

Carilah titik kritis f(x, y) = x³ + y³ − 9xy, klasifikasikan, dan berikan nilai fmin dari f pada minimum lokalnya.

f(x, y) = x³ + y³ − 9xy
fmin =
11.Barisan & deretSedang
AΣ 1/(3ᵏ + k)k = 1 … ∞BΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞CΣ 2ᵏ/k³k = 1 … ∞DΣ (3/5)ᵏk = 1 … ∞

Tepat satu dari keempat deret divergen. Klik deret itu.

A: Σ 1/(3ᵏ + k)B: Σ (−1)ᵏ/kC: Σ 2ᵏ/k³D: Σ (3/5)ᵏ
  1. 1A: Σ 1/(3ᵏ + k)
  2. 2B: Σ (−1)ᵏ/k
  3. 3C: Σ 2ᵏ/k³
  4. 4D: Σ (3/5)ᵏ
12.Barisan & deretSulit

Carilah koefisien c₂ dari (x − 3)² dalam deret Taylor f(x) = 1/x di sekitar a = 3.

f(x) = 1/xa = 3k = 2
c₂ =
13.Transformasi LaplaceSedang
t (s)f(t)t = 0,4f(0,4) = ?

Tentukan f(t) untuk F(s) = 15/(s(s + 2)(s + 4)) dengan pecahan parsial, lalu hitung f(0,4).

F(s) = 15/(s(s + 2)(s + 4))t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Transformasi LaplaceSulit
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Sebuah sistem memenuhi y″ + 11y′ + 30y = 15·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(0,2).

y″ + 11y′ + 30y = 15·u(t)u(t) = 10y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Konvolusi & sistem LTISedang
x(t)t10h(t)t1

Masukan x(t) = 10·e−3tu(t) diberikan ke sistem dengan h(t) = e−1tu(t). Cari keluaran y(1,5) pada t = 1,5 s.

x(t) = 10·e−3tu(t)h(t) = e−1tu(t)t = 1,5 s
y(1.5) =
16.Konvolusi & sistem LTISulit
δ(t)y′ + 2y = 3xh(t)

Suatu sistem memenuhi y′(t) + 2·y(t) = 3·x(t). Cari respons impulsnya pada t = 0,25 s, h(0,25).

y′ + 2y = 3xt = 0,25 s
h(0.25) =

3Larutan

1.Persamaan diferensial

Jawaban: k = 0,04014 min⁻¹

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.

Rasio selisih suhu

e−50k = 43/320

Selesaikan untuk k

k = ln(320/43)/50 = 0,04014 min⁻¹

Jawaban

k = 0,04014 min⁻¹
2.Persamaan diferensial

Jawaban: ymax = 8,376

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 = 5, r = −0,5 ± 4j

Konstanta dari nilai awal

y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −0,5A + 4B = 0 → B = −0,625

Puncak

t = π/4 = 0,7854
ymax = 5·(1 + e−0,5·π/4) = 8,376

Jawaban

ymax = 8,376
3.Matriks & determinan

Jawaban: det A = −23

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 = 1, M₁₂ = −9, M₁₃ = 4

Ekspansi kofaktor

det A = 3·1 − (−2)·(−9) + (−2)·4 = −23

Jawaban

det A = −23
4.Matriks & determinan

Jawaban: x = −0,9565

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 = 5·2 − (−6)·6 = 46

Ganti kolom x

det Aₓ = 2·2 − (−6)·(−8) = −44
x = −44/46 = −0,9565

Jawaban

x = −0,9565
y = −1,13
5.Vektor: hasil kali titik & silang

Jawaban: k = 6

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.

Hasil kali titik sama dengan nol

a·b = 5·k + 5·(−6) + 0·2 = 0
−30 + 5·k = 0

Selesaikan untuk k

k = −(−30)/5 = 6

Jawaban

k = 6
6.Vektor: hasil kali titik & silang

Jawaban: Mx = −120 N·m

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.

Vektor posisi dari O ke A

r = A − O = (−1, 4, −2) − (0, 0, 0) = (−1, 4, −2) m

Momen M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 4·(−50) − (−2)·40 = −120 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−2)·(−40) − (−1)·(−50) = 30 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−1)·40 − 4·(−40) = 120 N·m

Komponen yang diminta

Mx = −120 N·m

Jawaban

Mx = −120 N·m
7.Integral

Jawaban: I = −2

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.

Pilih u dan dv

u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x

Antiturunan

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

Limit

(π·sin π + cos π) − (0 + 1) = −2

Jawaban

I = −2
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: |∇f| = 0,4023

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 = 6y²e3xy → fx(−1, 0,5) = 0,3347
fy = 2e3xy(1 + 3xy) → fy(−1, 0,5) = −0,2231

Panjang gradien

|∇f| = √(0,3347² + (−0,2231)²) = 0,4023

Jawaban

|∇f| = 0,4023
10.Kalkulus multivariabel

Jawaban: fmin = −27

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).

Titik kritis

Selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama.

fx = 3x² − 9y = 0
fy = 3y² − 9x = 0
(0, 0), (3, 3)

Uji turunan kedua

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −9, D = −81 → titik pelana
(3, 3): fxx = 18, fyy = 18, fxy = −9, D = 243 → minimum lokal

Nilai pada ekstremum

f(3, 3) = −27

Jawaban

fmin = −27
11.Barisan & deret

Jawaban: C: Σ 2ᵏ/k³

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.

Uji setiap deret

A: Σ 1/(3ᵏ + k) → Lebih kecil dari (1/3)ᵏ, deret geometri yang konvergen: konvergen menurut perbandingan.
B: Σ (−1)ᵏ/k → Selang-seling, dengan 1/k menurun menuju 0: konvergen (bersyarat).
C: Σ 2ᵏ/k³ → Uji rasio: L = 2 > 1, divergen.
D: Σ (3/5)ᵏ → Geometri dengan r = 3/5, |r| < 1: konvergen.

Jawabannya

C: Σ 2ᵏ/k³

Jawaban

C: Σ 2ᵏ/k³
12.Barisan & deret

Jawaban: c₂ = 0,03704

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.

Turunan f⁽²⁾

f⁽²⁾(x) = 2/x³

Koefisien

c₂ = 2/(3³·2) = 0,03704
c₂ = 0,03704

Jawaban

c₂ = 0,03704
13.Transformasi Laplace

Jawaban: f(0.4) = 0,5686

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).

Pecahan parsial

F(s) = A/s + B/(s + 2) + C/(s + 4)
A = 15/(2·4) = 1,875
B = 15/((−2)·2) = −3,75
C = 15/((−4)·(−2)) = 1,875

Transformasi balik

f(t) = 1,875 − 3,75·e−2t + 1,875·e−4t

Hitung nilainya

f(0,4) = 1,875 − 3,75·e−2·0,4 + 1,875·e−4·0,4 = 0,5686

Jawaban

f(0,4) = 0,5686
14.Transformasi Laplace

Jawaban: y(0.2) = 1,493

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) = 150/(s(s + 5)(s + 6))

Pecahan parsial

A = 150/(5·6) = 5
B = 150/((−5)·1) = −30
C = 150/((−6)·(−1)) = 25

Haluaran

y(t) = 5 − 30·e−5t + 25·e−6t
y(0,2) = 1,493

Jawaban

y(0,2) = 1,493
15.Konvolusi & sistem LTI

Jawaban: y(1.5) = 1,06

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).

Integral konvolusi

y(t) = 10e−1t∫₀ᵗ e−(3 − 1)τ dτ = 10(e−1t − e−3t)/(2)

Hitung nilainya

y(1,5) = 10·(0,2231 − 0,01111)/(2) = 1,06

Jawaban

y(1,5) = 1,06
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawaban: h(0.25) = 1,82

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)|.

Fungsi alih

H(s) = Y(s)/X(s) = 3/(s + 2)

Respons impuls

h(t) = 3·e−2tu(t)
h(0,25) = 3·e−0,5 = 1,82

Jawaban

h(0,25) = 1,82

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