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)30Ta​35 °C

Secangkir kopi bersuhu 93 °C dibiarkan di ruangan bersuhu 18 °C. Setelah 30 menit suhunya 35 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Cari konstanta k dalam min⁻¹.

T0 = 93 °CTa = 18 °CT(30) = 35 °C
k = min⁻¹
2.Persamaan diferensialSulit
t (min)m (kg)30 minm = ?

Sebuah tangki berisi 500 L air murni. Air garam dengan 0,05 kg garam per liter mengalir masuk dengan laju 4 L/menit, dan larutan yang tercampur rata mengalir keluar dengan laju yang sama. Berapa banyak garam m di dalam tangki setelah 30 menit?

V = 500 Lm0 = 0 kgc = 0,05 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
3.Matriks & determinanSedang
A =1−3−36B =5−100

Misalkan C = AB untuk matriks yang ditunjukkan. Tentukan entri c12 (baris 1, kolom 2).

A = [1 −3; −3 6]B = [5 −1; 0 0]
c12 =
4.Matriks & determinanSulit
A =21−4−3

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

A = [2 1; −4 −3]
λ =
5.Vektor: hasil kali titik & silangSedang
xyzab

Tentukan proyeksi skalar compb a dari a = (4, −6, 2) pada b = (2, −1, 5), yaitu komponen a searah b.

a = (4, −6, 2)b = (2, −1, 5)
compb a =
6.Vektor: hasil kali titik & silangSulit
xyzABC

Tentukan luas A segitiga dengan titik sudut A(−2, 0, 3), B(−3, 1, 1), dan C(−4, −4, 3). Koordinat dalam meter.

A(−2, 0, 3)B(−3, 1, 1)C(−4, −4, 3)
A = m²
7.IntegralSedang
xy2y = x·sin x

Hitung I = ∫₀2 x·sin x dx (x dalam radian).

∫₀2 x·sin x dx
I =
8.IntegralSulit
xy−11

Tentukan luas A daerah antara parabola y = 1 − x² dan sumbu x.

y = 1 − x²
A =
9.Kalkulus multivariabelSedang

z = x³y² + x³ + 5y³ + 4xy dengan x = 3t + 1 dan y = −2t² + 1. Pakai aturan rantai untuk mencari dz/dt pada t = −1.

z = x³y² + x³ + 5y³ + 4xyx = 3t + 1y = −2t² + 1t = −1
dz/dt =
10.Kalkulus multivariabelSulit
xyx = 2y = x22

Hitunglah I = ∬T (4x + 2y) dA pada segitiga T yang dibatasi oleh y = 0, x = 2, dan y = x.

f = 4x + 2y0 ≤ x ≤ 20 ≤ y ≤ x
I =
11.Barisan & deretSedang
AΣ (2/5)ᵏk = 1 … ∞BΣ ln k / kk = 1 … ∞CΣ (4/3)ᵏk = 1 … ∞DΣ 5/kk = 1 … ∞

Tepat satu dari keempat deret konvergen. Klik deret itu.

A: Σ (2/5)ᵏB: Σ ln k / kC: Σ (4/3)ᵏD: Σ 5/k
  1. 1A: Σ (2/5)ᵏ
  2. 2B: Σ ln k / k
  3. 3C: Σ (4/3)ᵏ
  4. 4D: Σ 5/k
12.Barisan & deretSulit

Kenali deretnya dan carilah jumlahnya: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ/(2k)!.

ak = (−1)ᵏ/(2k)!
S =
13.Transformasi LaplaceSedang
t (s)f(t)t = 0,2f(0,2) = ?

Tentukan f(t) untuk F(s) = 10/(s(s + 3)(s + 4)) dengan pecahan parsial, lalu hitung f(0,2).

F(s) = 10/(s(s + 3)(s + 4))t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Transformasi LaplaceSulit
ReIm−1−2−3−4−5−6−712

Sebuah sistem dinyatakan oleh persamaan diferensial y″ + 2y′ + 5y = 3u′ + 20u, dengan masukan u(t) dan keluaran y(t). Tentukan fungsi alihnya G(s) = Y(s)/U(s) (syarat awal nol) dan hitung respons impuls g(t) pada t = 0,3 s. Tentukan g(0,3).

y″ + 2y′ + 5y = 3u′ + 20ut = 0,3 s
g(0.3) =
15.Konvolusi & sistem LTISedang
x(t)t22h(t)t22

Pulsa x(t) = 2 untuk 0 ≤ t < 2 s dikonvolusikan dengan h(t), sebuah segitiga yang turun secara linear dari 2 pada t = 0 ke 0 pada t = 2 s. Cari luas Ay di bawah y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 2, 0 ≤ t < 2 sh(0) = 2, h(2) = 0
Ay =
16.Konvolusi & sistem LTISulit
2cos(40t)h(t) = 2e−20t​u(t)y(t)

Masukan x(t) = 2·cos(40t) diberikan ke sistem dengan h(t) = 2·e−20tu(t). Cari amplitudo Ym keluaran keadaan tunak.

h(t) = 2e−20tu(t)x(t) = 2cos(40t)
Ym =

3Larutan

1.Persamaan diferensial

Jawaban: k = 0,04948 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−30k = 17/75

Selesaikan untuk k

k = ln(75/17)/30 = 0,04948 min⁻¹

Jawaban

k = 0,04948 min⁻¹
2.Persamaan diferensial

Jawaban: m = 5,334 kg

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.

Susun persamaannya

dm/dt = 4·0,05 − (4/500)·m = 0,2 − 0,008·m

Selesaikan

Faktor integrasinya ert/V; penyelesaiannya mendekati kesetimbangan c·V.

m(t) = 25 + (−25)·e−t/125

Substitusikan t

m(30) = 25 + (−25)·0,7866 = 5,334 kg

Jawaban

m = 5,334 kg
3.Matriks & determinan

Jawaban: c12 = −1

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.

Baris kali kolom

c12 = 1·(−1) + (−3)·0 = −1

Jawaban

c12 = −1
4.Matriks & determinan

Jawaban: λ = 1

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 − (−1)λ + (−2) = 0

Selesaikan

λ = (−1 ± √(9))/2 → λ = −2, 1
λ = 1

Jawaban

λ = 1
5.Vektor: hasil kali titik & silang

Jawaban: compb a = 4,382

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

a·b = 4·2 + (−6)·(−1) + 2·5 = 24

Panjang b

|b| = √(2² + (−1)² + 5²) = 5,477

Proyeksi skalar

compb a = a·b/|b| = 24/5,477 = 4,382

Jawaban

compb a = 4,382
6.Vektor: hasil kali titik & silang

Jawaban: A = 5,385 m²

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 sisi

AB = B − A = (−1, 1, −2)
AC = C − A = (−2, −4, 0)

Hasil kali silang

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 1·0 − (−2)·(−4) = −8
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = (−2)·(−2) − (−1)·0 = 4
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = (−1)·(−4) − 1·(−2) = 6
|AB × AC| = √((−8)² + 4² + 6²) = 10,77

Luas segitiga

A = ½·10,77 = 5,385 m²

Jawaban

A = 5,385 m²
7.Integral

Jawaban: I = 1,742

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 = sin x dx, v = −cos x

Antiturunan

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

Limit

(−2·cos 2 + sin 2) − (0 + 0) = 1,742

Jawaban

I = 1,742
8.Integral

Jawaban: A = 1,333

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

1 − x² = 0 → x = ±1

Integralkan

A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333

Jawaban

A = 1,333
9.Kalkulus multivariabel

Jawaban: dz/dt = 152

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.

Titik dan laju

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

Turunan parsial

fx = 3x²y² + 3x² + 4y = 20
fy = 2x³y + 15y² + 4x = 23

Aturan rantai

dz/dt = 20·3 + 23·4 = 152

Jawaban

dz/dt = 152
10.Kalkulus multivariabel

Jawaban: I = 13,33

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 ≤ x

Integral dalam

∫0x (4x + 2y) dy = 4x·x + 2·(x)²/2 = 5x²

Integral luar

I = 5·2³/3 = 13,33

Jawaban

I = 13,33
11.Barisan & deret

Jawaban: A: Σ (2/5)ᵏ

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 (2/5)ᵏ → Geometri dengan r = 2/5, |r| < 1: konvergen.
B: Σ ln k / k → Lebih besar dari 1/k untuk k ≥ 3: divergen menurut perbandingan dengan deret harmonik.
C: Σ (4/3)ᵏ → Geometri dengan r = 4/3 > 1: suku-sukunya membesar, jadi divergen.
D: Σ 5/k → Kelipatan deret harmonik (p = 1): divergen.

Jawabannya

A: Σ (2/5)ᵏ

Jawaban

A: Σ (2/5)ᵏ
12.Barisan & deret

Jawaban: S = 0,5403

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.

Deret baku

Σ (−1)ᵏx2k/(2k)! = cos x

Substitusikan

x = 1
S = cos 1 = 0,5403

Jawaban

S = 0,5403
13.Transformasi Laplace

Jawaban: f(0.2) = 0,1273

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 + 3) + C/(s + 4)
A = 10/(3·4) = 0,8333
B = 10/((−3)·1) = −3,333
C = 10/((−4)·(−1)) = 2,5

Transformasi balik

f(t) = 0,8333 − 3,333·e−3t + 2,5·e−4t

Hitung nilainya

f(0,2) = 0,8333 − 3,333·e−3·0,2 + 2,5·e−4·0,2 = 0,1273

Jawaban

f(0,2) = 0,1273
14.Transformasi Laplace

Jawaban: g(0.3) = 5,39

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).

Fungsi alih

G(s) = Y(s)/U(s) = (3s + 20)/(s² + 2s + 5)

Pecahan parsial

s² + 2s + 5 = (s + 1)² + 2²
G(s) = 3·(s + 1)/((s + 1)² + 2²) + (17/2)·2/((s + 1)² + 2²)

Respons impuls

g(t) = e−t·(3·cos 2t + 8,5·sin 2t)
g(0,3) = 5,39

Jawaban

g(0,3) = 5,39
15.Konvolusi & sistem LTI

Jawaban: Ay = 8

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).

Luas masukan-masukan

∫x dt = 2·2 = 4
∫h dt = ½·2·2 = 2

Luas keluaran

Ay = 4·2 = 8

Jawaban

Ay = 8
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawaban: Ym = 0,08944

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/(20 + jω)

Penguatan pada frekuensi masukan

|H(j40)| = 2/√(20² + 40²) = 0,04472
Ym = 2·0,04472 = 0,08944

Jawaban

Ym = 0,08944

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