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
tyy(0) = 4y(1) = ?

Selesaikan y″ + 5y′ + 6y = 0 dengan y(0) = 4 dan y′(0) = -2. Cari y(1).

y″ + 5y′ + 6y = 0y(0) = 4y′(0) = -2
y(1) =
2.Persamaan diferensialSulit
t (min)m (kg)40 minm = ?

Sebuah tangki berisi 500 L air yang melarutkan 10 kg garam. Air garam dengan 0,1 kg garam per liter mengalir masuk dengan laju 5 L/menit, dan larutan yang tercampur rata mengalir keluar dengan laju yang sama. Berapa banyak garam m di dalam tangki setelah 40 menit?

V = 500 Lm0 = 10 kgc = 0,1 kg/Lr = 5 L/min
m = kg
3.Matriks & determinanSedang
A =−4−4−522−42−15

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

A = [−4 −4 −5; 2 2 −4; 2 −1 5]
det A =
4.Matriks & determinanSulit
A =−1175

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

A = [−1 1; 7 5]
λ =
5.Vektor: hasil kali titik & silangSedang
xyzdFAB

Gaya konstan F = (−30, 0, −10) N bekerja pada sebuah benda yang bergerak lurus dari titik A(4, −4, 0) ke titik B(4, 1, 4). Koordinat dalam meter. Tentukan usaha W yang dilakukan gaya itu.

F = (−30, 0, −10) NA(4, −4, 0) mB(4, 1, 4) m
W = J
6.Vektor: hasil kali titik & silangSulit
xyzABC

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

A(−3, 3, −3)B(−3, 1, 4)C(3, −4, −3)
A = m²
7.IntegralSedang
xy12y = x ln x

Hitung I = ∫₁2 x·ln x dx.

∫₁2 x ln x dx
I =
8.IntegralSulit
xy1y = xy = x²

Daerah di antara garis y = x dan parabola y = x² diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu.

y = xy = x²
V =
9.Kalkulus multivariabelSedang
xy050246PQ

Untuk f(x, y) = 2x²y − 5x² − y³ + 2xy, carilah turunan berarah Duf di P(2, 3) ke arah Q(1, 4).

f(x, y) = 2x²y − 5x² − y³ + 2xyP = (2, 3)Q = (1, 4)
Duf =
10.Kalkulus multivariabelSulit
xy−202−4−202AB

Titik-titik bertanda adalah titik kritis f(x, y) = x³ − 3x + y² + 6y. Klik minimum lokal.

f(x, y) = x³ − 3x + y² + 6y
  1. 1A (−1, −3)
  2. 2B (1, −3)
11.Barisan & deretSedang
AΣ k!/3ᵏk = 1 … ∞BΣ 1/√kk = 1 … ∞CΣ 3/k⁴k = 1 … ∞DΣ ln k / kk = 1 … ∞

Tepat satu dari keempat deret konvergen. Klik deret itu.

A: Σ k!/3ᵏB: Σ 1/√kC: Σ 3/k⁴D: Σ ln k / k
  1. 1A: Σ k!/3ᵏ
  2. 2B: Σ 1/√k
  3. 3C: Σ 3/k⁴
  4. 4D: Σ ln k / k
12.Barisan & deretSulit

f(x) = sin x dihampiri pada x = 2 oleh polinom Maclaurin berderajat n. Dengan batas Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dan M = 1, carilah derajat terkecil n yang menjamin galat di bawah 0,001.

f(x) = sin xx = 2M = 1ε = 0,001
n =
13.Transformasi LaplaceSedang
ReIm24

Tentukan f(t) untuk F(s) = 18/(s² + 2s + 17) dengan melengkapkan kuadrat, lalu hitung f(0,4).

F(s) = 18/(s² + 2s + 17)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Transformasi LaplaceSulit
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Selesaikan y″ + 8y′ + 12y = 0 dengan y(0) = 3 dan y′(0) = −15 memakai transformasi Laplace, lalu tentukan y(0,1).

y″ + 8y′ + 12y = 0y(0) = 3y′(0) = −15t = 0,1 s
y(0.1) =
15.Konvolusi & sistem LTISedang
x(t)t4h(t)t0,251

Suatu sistem memiliki respons impuls h(t) = e−4tu(t). Masukannya adalah undak x(t) = 4·u(t). Cari keluaran y(0,125) pada t = 0,125 s.

h(t) = e−4tu(t)x(t) = 4·u(t)t = 0,125 s
y(0.125) =
16.Konvolusi & sistem LTISulit
u[n]4+y[n]0,9·z⁻¹+

Suatu sistem memenuhi y[n] = 0,9·y[n − 1] + 4·x[n] dan mulai dari keadaan diam. Masukannya adalah undak satuan x[n] = u[n]. Cari y[4].

y[n] = 0,9y[n − 1] + 4x[n]x[n] = u[n]
y[4] =

3Larutan

1.Persamaan diferensial

Jawaban: y(1) = 1,055

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.

Akar karakteristik

(r + 2)(r + 3) = 0 → r = −2, −3

Konstanta dari nilai awal

A + B = 4, −2A − 3B = -2
A = 10, B = −6

Hitung nilainya

y(1) = 10·e−2 + (−6)·e−3 = 1,055

Jawaban

y(1) = 1,055
2.Persamaan diferensial

Jawaban: m = 23,19 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 = 5·0,1 − (5/500)·m = 0,5 − 0,01·m

Selesaikan

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

m(t) = 50 + (−40)·e−t/100

Substitusikan t

m(40) = 50 + (−40)·0,6703 = 23,19 kg

Jawaban

m = 23,19 kg
3.Matriks & determinan

Jawaban: det A = 78

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 = 6, M₁₂ = 18, M₁₃ = −6

Ekspansi kofaktor

det A = (−4)·6 − (−4)·18 + (−5)·(−6) = 78

Jawaban

det A = 78
4.Matriks & determinan

Jawaban: λ = 6

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 + (−12) = 0

Selesaikan

λ = (4 ± √(64))/2 → λ = −2, 6
λ = 6

Jawaban

λ = 6
5.Vektor: hasil kali titik & silang

Jawaban: W = −40 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, 1, 4) − (4, −4, 0) = (0, 5, 4) m

Usaha

W = F·d = (−30)·0 + 0·5 + (−10)·4 = −40 J

Jawaban

W = −40 J

Usaha negatif: gaya sebagian besar bekerja melawan gerakan.

6.Vektor: hasil kali titik & silang

Jawaban: A = 32,82 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 = (0, −2, 7)
AC = C − A = (6, −7, 0)

Hasil kali silang

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = (−2)·0 − 7·(−7) = 49
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 7·6 − 0·0 = 42
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 0·(−7) − (−2)·6 = 12
|AB × AC| = √(49² + 42² + 12²) = 65,64

Luas segitiga

A = ½·65,64 = 32,82 m²

Jawaban

A = 32,82 m²
7.Integral

Jawaban: I = 0,6363

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 = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2

Antiturunan

∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4

Limit

(2·ln 2 − 1) − (0 − 0,25) = 0,6363

Jawaban

I = 0,6363
8.Integral

Jawaban: V = 0,4189

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.

Titik potong

1x = 1x² → x = 0, x = 1

Metode cincin (washer)

V = π∫₀1 ((1x)² − (1x²)²) dx

Integralkan

V = π(1·1³/3 − 1·1⁵/5) = π·0,1333 = 0,4189

Jawaban

V = 0,4189
9.Kalkulus multivariabel

Jawaban: Duf = −17,68

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.

Gradien di titik itu

fx = 4xy − 10x + 2y → fx(2, 3) = 10
fy = 2x² − 3y² + 2x → fy(2, 3) = −15

Vektor satuan

|v| = √((−1)² + 1²) = 1,414
u = (−0,7071, 0,7071)

Hasil kali titik

Duf = 10·(−0,7071) + (−15)·0,7071 = −17,68

Jawaban

Duf = −17,68
10.Kalkulus multivariabel

Jawaban: B (1, −3)

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 − 3) = 0
fy = (2y + 6) = 0
(1, −3), (−1, −3)

Uji turunan kedua

(1, −3): fxx = 6, fyy = 2, fxy = 0, D = 12 → minimum lokal
(−1, −3): fxx = −6, fyy = 2, fxy = 0, D = −12 → titik pelana

Titiknya

B (1, −3): minimum lokal

Jawaban

B (1, −3)
11.Barisan & deret

Jawaban: C: Σ 3/k⁴

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 k!/3ᵏ → Uji rasio: L = lim (k + 1)/3 = ∞, divergen.
B: Σ 1/√k → Deret-p dengan p = 1/2 ≤ 1: divergen.
C: Σ 3/k⁴ → Deret-p dengan p = 4 > 1: konvergen.
D: Σ ln k / k → Lebih besar dari 1/k untuk k ≥ 3: divergen menurut perbandingan dengan deret harmonik.

Jawabannya

C: Σ 3/k⁴

Jawaban

C: Σ 3/k⁴
12.Barisan & deret

Jawaban: n = 9

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.

n(n + 1)!batas012122261,3333240,666741200,266757200,08889650400,02547403200,00634983628800,001411936288000,0002822

Batas untuk n yang membesar

n = 8: 0,001411 ≥ 0,001
n = 9: 0,0002822 < 0,001

Derajat terkecil

n = 9

Jawaban

n = 9
13.Transformasi Laplace

Jawaban: f(0.4) = 3,015

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).

Lengkapkan kuadrat

s² + 2s + 17 = (s + 1)² + 16 = (s + 1)² + 4²

Cocokkan pembilangnya

F(s) = (18/4)·4/((s + 1)² + 4²)

Transformasi balik

f(t) = e−t·(4,5·sin 4t)
f(0,4) = e−0,4·(4,5·sin(4·0,4)) = 3,015

Jawaban

f(0,4) = 3,015
14.Transformasi Laplace

Jawaban: y(0.1) = 1,849

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

s²Y − 3s − (−15) + 8(sY − 3) + 12Y = 0
Y(s) = (3s + 9)/((s + 2)(s + 6))

Pecahan parsial

A = 3/4 = 0,75
B = −9/(−4) = 2,25

Hasil

y(t) = 0,75·e−2t + 2,25·e−6t
y(0,1) = 1,849

Jawaban

y(0,1) = 1,849

Periksa: y(0) = A + B = 3.

15.Konvolusi & sistem LTI

Jawaban: y(0.125) = 0,3935

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).

Konvolusi dengan undak

y(t) = 4·∫₀ᵗ e−4τ dτ = (4/4)·(1 − e−4t)

Hitung nilainya

y(0,125) = 1·(1 − e−0,5) = 0,3935

Jawaban

y(0,125) = 0,3935
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawaban: y[4] = 16,38

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)|.

Iterasi

y[0] = 4
y[1] = 7,6
y[2] = 10,84
y[3] = 13,76
y[4] = 16,38

Hasil

y[4] = 4·(1 − (0,9)5)/(1 − 0,9) = 16,38

Jawaban

y[4] = 16,38

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