Analisi matematica 2 per l’ingegneria: pacchetto last-minute

Formulari, i passaggi chiave del metodo per ogni argomento e 16 esercizi, con le soluzioni complete in fondo.

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1Formule e metodi

Equazioni differenziali

Crescita/decadimento esponenziale
dy/dt = ky → y = y0ekt
Tempo di dimezzamento
k = ln 2 / t½
Legge di raffreddamento di Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Fattore integrante
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Serbatoio di miscelazione
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Matrici e determinanti

determinante 2×2
det = ad − bc
Inversa di una 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Prodotto
(AB)ij = Σk AikBkj
Autovalori
det(A − λI) = 0
Regola di Cramer
xi = det(Ai)/det(A)

Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Modulo
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Versore
û = a/|a|
Componenti a partire da un angolo
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Prodotto scalare
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Proiezione scalare di a su b
a·b/|b|
Lavoro
W = F·d
Prodotto vettoriale
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Aree
parallelogramma |a × b|, triangolo ½|a × b|
Momento rispetto a O
MO = r × F, r = A − O
Volume di un parallelepipedo
V = |a·(b × c)|

Metodo

  1. Scrivi ogni vettore in componenti; per una forza data da un modulo e un angolo, usa F·cos θ e F·sin θ.
  2. Per lunghezze e direzioni usa il modulo √(x² + y² + z²) e il versore a/|a|.
  3. Usa il prodotto scalare per angoli, proiezioni, perpendicolarità e lavoro: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Usa il prodotto vettoriale per vettori perpendicolari, aree e momenti: scrivi con cura le tre componenti, mantenendo l’ordine a × b.

Integrali

Regola della potenza
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integrale definito
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integrali fondamentali
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Area tra due curve
∫ab (f − g) dx

Metodo

  1. Riscrivi, dove possibile, la funzione integranda come somma di termini semplici.
  2. Applica la regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), e gli integrali notevoli per ex, 1/x, sin e cos.
  3. Usa la sostituzione quando vedi insieme una funzione e la sua derivata.
  4. Per un integrale definito calcola F(b) − F(a).

Calcolo multivariabile

Derivate parziali
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradiente
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Derivata direzionale
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Piano tangente
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Regola della catena
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Test delle derivate seconde
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Integrale doppio
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Coordinate polari
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Metodo

  1. Per una derivata parziale, tratta l’altra variabile come una costante e usa le regole a una variabile.
  2. Per le domande sul gradiente calcola ∇f = (fx, fy) nel punto; usa |∇f| per la pendenza massima e ∇f·u con un versore u per una derivata direzionale.
  3. Per gli estremi risolvi insieme fx = 0 e fy = 0, poi classifica ogni punto con D = fxx·fyy − fxy².
  4. Per un integrale doppio disegna la regione, scegli l’ordine (o le coordinate polari per i dischi) in modo che gli estremi interni siano le curve di contorno, e integra prima all’interno.

Successioni e serie

Successione aritmetica
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Successione geometrica
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Serie geometrica infinita
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Serie armonica generalizzata
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Criterio del rapporto
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Raggio di convergenza
R = lim |ck/ck+1|
Polinomio di Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Serie di Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Maggiorazione di Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Metodo

  1. Individua il tipo: aritmetica (differenza costante), geometrica (ragione costante), una serie notevole, una serie di potenze o un polinomio di Taylor.
  2. Per le somme usa Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), oppure S = a₁/(1 − r) quando |r| < 1, con a₁ il primo termine della somma.
  3. Per la convergenza: prima il criterio del termine n-esimo, poi confronta con Σ1/kᵖ o con una serie geometrica, e usa il criterio del rapporto o della radice per fattoriali e potenze k-esime.
  4. Per i polinomi di Taylor elenca f(a), f′(a), f″(a), …, dividi la derivata k-esima per k!, e maggiora l’errore con M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Convoluzione e sistemi LTI

Convoluzione discreta
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Convoluzione continua
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Lunghezza e somma
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Inizio, fine e area
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Gradino in e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Sistema del primo ordine
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Ricorsione del primo ordine
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Sinusoide attraverso h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Ampiezze della serie di Fourier
onda quadra ±A: 4A/(kπ), k dispari; onda triangolare ±A: 8A/(π²k²), k dispari; treno di impulsi: A·D e (2A/(kπ))|sin kπD|

Metodo

  1. Disegna entrambi i segnali e annota dove ciascuno è non nullo.
  2. Ribalta h e falla scorrere: per ogni istante di uscita, trova l’intervallo in cui i due segnali si sovrappongono.
  3. Moltiplica e somma (discreto) oppure moltiplica e integra (continuo) solo su quella sovrapposizione.
  4. Controlla il risultato: l’uscita inizia alla somma degli istanti iniziali, finisce alla somma degli istanti finali, e la sua area o somma è il prodotto delle aree o somme degli ingressi.

2Esercizi

1.Equazioni differenzialiMedia
t (min)T (°C)51Ta​116 °C58 °C

Un pezzo d’acciaio forgiato a 440 °C viene lasciato raffreddare in un’officina a 27 °C. Dopo 51 min la sua temperatura è 116 °C. Segue la legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo dopo l’inizio, t, impiega a raggiungere 58 °C?

T0 = 440 °CTa = 27 °CT(51) = 116 °CT = 58 °C
t = min
2.Equazioni differenzialiDifficile
xy12(1, 3)y(2) = ?

Risolvi il problema ai valori iniziali y′ + 3y/x = x per x > 0, con y(1) = 3. Trova y(2).

y′ + 3y/x = xy(1) = 3
y(2) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =1−41234−435

Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.

A = [1 −4 1; 2 3 4; −4 3 5]
det A =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =144−3b =12−6

Risolvi il sistema x + 4y = 12 e 4x − 3y = −6. Trova x.

x + 4y = 124x − 3y = −6
x =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzab

Trova il prodotto scalare a·b di a = (−7, −1, 3) e b = (0, −3, 5).

a = (−7, −1, 3)b = (0, −3, 5)
a·b =
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzrFOA

Una forza F = (50, −50, −10) N agisce nel punto A(0, −1, −3). Le coordinate sono in metri. Trova la componente x Mx del momento della forza rispetto a l’origine O(0, 0, 0).

F = (50, −50, −10) NA(0, −1, −3) mO(0, 0, 0) m
Mx = N·m
7.IntegraliMedia
xy02

Calcola I = ∫02 e−0,5x dx.

f(x) = e−0,5x[0, 2]
I =
8.IntegraliDifficile
xy1y = x²eˣ

Calcola I = ∫₀1 x²·eˣ dx.

∫₀1 x²eˣ dx
I =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy05−4−20vP

Per f(x, y) = −3x²y³ − x² − 3y³ − 4xy, trova la derivata direzionale Duf in (3, −2) nella direzione di v = (1, −1).

f(x, y) = −3x²y³ − x² − 3y³ − 4xyP = (3, −2)v = (1, −1)
Duf =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xy0202(0, 0)(2, 2)

Trova i punti critici di f(x, y) = x³ + y³ − 6xy, classificali e dai il valore fmin di f nel suo minimo locale.

f(x, y) = x³ + y³ − 6xy
fmin =
11.Successioni e serieMedia
AΣ (2/3)ᵏk = 1 … ∞BΣ ln k / kk = 1 … ∞CΣ 3ᵏ/k²k = 1 … ∞DΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞

Esattamente una delle quattro serie converge. Cliccala.

A: Σ (2/3)ᵏB: Σ ln k / kC: Σ 3ᵏ/k²D: Σ (1 + 1/k)ᵏ
  1. 1A: Σ (2/3)ᵏ
  2. 2B: Σ ln k / k
  3. 3C: Σ 3ᵏ/k²
  4. 4D: Σ (1 + 1/k)ᵏ
12.Successioni e serieDifficile
xyfP₄1,2

Usa il polinomio di Maclaurin di grado 4 di f(x) = e−x per approssimare f(1,2). Dai P₄(1,2).

f(x) = e−xn = 4x = 1,2
P₄(1.2) =
13.Trasformate di LaplaceMedia
t (s)f(t)t = 0,2f(0,2) = ?

Trova f(t) per F(s) = (2s + 23)/(s² + 10s + 25) e calcola f(0,2).

F(s) = (2s + 23)/(s² + 10s + 25)t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Un sistema obbedisce a y″ + 7y′ + 12y = 60·u(t). Parte da fermo (y(0) = 0, y′(0) = 0) e l’ingresso è un gradino u(t) = 1 per t ≥ 0. Usa la trasformata di Laplace per trovare l’uscita y(0,2).

y″ + 7y′ + 12y = 60·u(t)u(t) = 1y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t2h(t)t1

L’ingresso x(t) = 2·e−5tu(t) è applicato a un sistema con h(t) = e−1tu(t). Trova l’uscita y(0,5) in t = 0,5 s.

x(t) = 2·e−5tu(t)h(t) = e−1tu(t)t = 0,5 s
y(0.5) =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
x(t)t (ms)0,5242

Un treno di impulsi ha altezza 2, larghezza dell’impulso 0,5 ms e periodo 2 ms. Trova la sua componente continua (valor medio) c0.

A = 2τ = 0,5 msT = 2 ms
c0 =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: t = 86,04 min

Equazioni differenziali del primo ordine: dy/dt = k·y ha soluzione y = y₀·ekt (crescita per k > 0, decadimento per k < 0); un tempo di dimezzamento T dà k = ln 2/T. La legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), dà T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Un’equazione lineare y′ + p(x)·y = q(x) si risolve con il fattore integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, quindi μy = ∫μq dx + C.

Costante di raffreddamento

k = ln(413/89)/51 = 0,03009 min⁻¹

Tempo per raggiungere la temperatura desiderata

t = ln(413/31)/0,03009 = 86,04 min

Risposta

t = 86,04 min
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(2) = 1,15

Equazioni differenziali del primo ordine: dy/dt = k·y ha soluzione y = y₀·ekt (crescita per k > 0, decadimento per k < 0); un tempo di dimezzamento T dà k = ln 2/T. La legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), dà T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Un’equazione lineare y′ + p(x)·y = q(x) si risolve con il fattore integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, quindi μy = ∫μq dx + C.

Fattore integrante

μ = e∫3/x dx = x3

Integra

(x3y)′ = x4 → x3y = 1x5/5 + C

Condizione iniziale

3 = 1/5 + C → C = 2,8

Calcola

y(2) = (1·25/5 + 2,8)/23 = 1,15

Risposta

y(2) = 1,15
3.Matrici e determinanti

Risposta: det A = 125

Matrici: il determinante di una matrice 2×2 è ad − bc. Per una 3×3 sviluppa lungo una riga: ogni elemento per il determinante della 2×2 che resta togliendo la sua riga e la sua colonna, con segni alterni + − +. Gli autovalori λ risolvono det(A − λI) = 0; per una 2×2 è λ² − (traccia)·λ + det = 0.

Minori 2×2 della prima riga

M₁₁ = 3, M₁₂ = 26, M₁₃ = 18

Sviluppo di Laplace

det A = 1·3 − (−4)·26 + 1·18 = 125

Risposta

det A = 125
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = 0,6316

Matrici: il determinante di una matrice 2×2 è ad − bc. Per una 3×3 sviluppa lungo una riga: ogni elemento per il determinante della 2×2 che resta togliendo la sua riga e la sua colonna, con segni alterni + − +. Gli autovalori λ risolvono det(A − λI) = 0; per una 2×2 è λ² − (traccia)·λ + det = 0.

Determinante della matrice dei coefficienti

det A = 1·(−3) − 4·4 = −19

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = 12·(−3) − 4·(−6) = −12
x = −12/(−19) = 0,6316

Risposta

x = 0,6316
y = 2,842
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: a·b = 18

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.

Moltiplica le componenti corrispondenti e somma

a·b = (−7)·0 + (−1)·(−3) + 3·5 = 0 + 3 + 15 = 18

Risposta

a·b = 18

Positivo: l’angolo tra i vettori è minore di 90°.

6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: Mx = −140 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.

Vettore posizione da O ad A

r = A − O = (0, −1, −3) − (0, 0, 0) = (0, −1, −3) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−1)·(−10) − (−3)·(−50) = −140 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−3)·50 − 0·(−10) = −150 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = 0·(−50) − (−1)·50 = 50 N·m

Componente richiesta

Mx = −140 N·m

Risposta

Mx = −140 N·m
7.Integrali

Risposta: I = 1,264

Integrali definiti: ∫ₐᵇ f(x) dx è l'area con segno tra il grafico e l'asse x da a a b. Trova una primitiva F (con F′ = f) e calcola F(b) − F(a). Regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). L'area tra due curve è ∫(superiore − inferiore) dx.

Primitiva

F(x) = e−0,5x/(−0,5)

Valuta agli estremi

I = (e−1 − 1)/(−0,5) = (0,3679 − 1)/(−0,5) = 1,264

Risposta

I = 1,264
8.Integrali

Risposta: I = 0,7183

Integrazione per parti: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, dalla regola del prodotto. Scegli u come il fattore che si semplifica quando lo derivi (una potenza di x, o ln x), e dv come il fattore che sai integrare (eˣ, sin x, cos x, o x quando u = ln x). Per un integrale definito, calcola u·v a entrambi gli estremi: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Un fattore x² richiede due passaggi.

Primo passaggio

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Secondo passaggio

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

Limiti

2,718·(1) − 1·2 = 0,7183

Risposta

I = 0,7183
9.Calcolo multivariabile

Risposta: Duf = 366,3

Gradiente: ∇f = (fx, fy) punta nella direzione di massima crescita, e |∇f| è la massima velocità di variazione. La derivata direzionale lungo una direzione v è Duf = ∇f·u con il versore u = v/|v|. Il piano tangente in (a, b) è z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); dà l’approssimazione lineare di f vicino a quel punto. Regola della catena: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Gradiente nel punto

fx = −6xy³ − 2x − 4y → fx(3, −2) = 146
fy = −9x²y² − 9y² − 4x → fy(3, −2) = −372

Versore

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

Prodotto scalare

Duf = 146·0,7071 + (−372)·(−0,7071) = 366,3

Risposta

Duf = 366,3
10.Calcolo multivariabile

Risposta: fmin = −8

Punti critici e integrali doppi: un punto critico ha fx = fy = 0. Test delle derivate seconde con D = fxxfyy − fxy²: D > 0 e fxx > 0 è un minimo locale, D > 0 e fxx < 0 un massimo locale, D < 0 un punto di sella, e D = 0 non decide nulla. Per un integrale doppio su una regione generica, prendi come estremi interni le curve che delimitano la regione; per dischi e settori usa le coordinate polari, x = r cos θ, y = r sin θ e dA = r dr dθ (non dimenticare il fattore r).

Punti critici

Risolvi insieme fx = 0 e fy = 0.

fx = 3x² − 6y = 0
fy = 3y² − 6x = 0
(0, 0), (2, 2)

Test delle derivate seconde

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −6, D = −36 → punto di sella
(2, 2): fxx = 12, fyy = 12, fxy = −6, D = 108 → minimo locale

Valore nell’estremo

f(2, 2) = −8

Risposta

fmin = −8
11.Successioni e serie

Risposta: A: Σ (2/3)ᵏ

Convergenza: se i termini non tendono a 0 la serie diverge (criterio del termine n-esimo). Σ1/kᵖ converge solo per p > 1, e Σrᵏ solo per |r| < 1. Confronta una serie con una di queste quando i suoi termini si comportano come loro per k grande. Criterio del rapporto: L = lim |ak+1/ak|; criterio della radice: L = lim |ak|1/k. L < 1 converge, L > 1 diverge, L = 1 non decide nulla. Una serie di potenze Σck(x − x₀)ᵏ converge per |x − x₀| < R con R = lim |ck/ck+1|; una serie a segni alterni con termini decrescenti a 0 converge.

Verifica ogni serie

A: Σ (2/3)ᵏ → Geometrica con r = 2/3, |r| < 1: converge.
B: Σ ln k / k → Maggiore di 1/k per k ≥ 3: diverge per confronto con la serie armonica.
C: Σ 3ᵏ/k² → Criterio del rapporto: L = 3 > 1, diverge.
D: Σ (1 + 1/k)ᵏ → I termini tendono a e, non a 0: diverge per il criterio del termine n-esimo.

La risposta

A: Σ (2/3)ᵏ

Risposta

A: Σ (2/3)ᵏ
12.Successioni e serie

Risposta: P₄(1.2) = 0,3184

Polinomi di Taylor: vicino a x = a una funzione regolare è approssimata da Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; per a = 0 questo è il polinomio di Maclaurin. Serie notevoli: 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. Maggiorazione del resto di Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, dove M è il massimo valore di |f⁽ⁿ⁺¹⁾| tra a e x.

Polinomio di Maclaurin

P₄(x) = 1 − x + 0,5x² − 0,1667x³ + 0,04167x⁴

Sostituisci

P₄(1,2) = 1 − 1,2 + 0,72 − 0,288 + 0,0864 = 0,3184

Risposta

P₄(1,2) = 0,3184

Il valore esatto è f(1,2) = 0,301194; l’errore −0,0172058 diminuisce se prendi più termini o un punto più vicino a 0.

13.Trasformate di Laplace

Risposta: f(0.2) = 1,692

Trasformata di Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt trasforma le derivate in moltiplicazioni per s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Coppie standard: 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), e una traslazione s → s + σ moltiplica la funzione nel tempo per e−σt. Per antitrasformare una F(s) razionale, scomponila in fratti semplici: il residuo di un polo semplice p è A = [(s − p)·F(s)] in s = p. Teorema del valore finale: f(∞) = lims→0 s·F(s), valido solo quando tutti i poli di s·F(s) giacciono nel semipiano sinistro. Teorema del valore iniziale: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Scomponi il denominatore

s² + 10s + 25 = (s + 5)²

Fratti semplici

2s + 23 = 2(s + 5) + 13
F(s) = 2/(s + 5) + 13/(s + 5)²

Antitrasformata

f(t) = 2·e−5t + 13·t·e−5t
f(0,2) = (2 + 13·0,2)·e−5·0,2 = 1,692

Risposta

f(0,2) = 1,692
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.2) = 0,7637

Trasformata di Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt trasforma le derivate in moltiplicazioni per s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Coppie standard: 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), e una traslazione s → s + σ moltiplica la funzione nel tempo per e−σt. Per antitrasformare una F(s) razionale, scomponila in fratti semplici: il residuo di un polo semplice p è A = [(s − p)·F(s)] in s = p. Teorema del valore finale: f(∞) = lims→0 s·F(s), valido solo quando tutti i poli di s·F(s) giacciono nel semipiano sinistro. Teorema del valore iniziale: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Trasforma l’equazione

Y(s) = 60/(s(s + 3)(s + 4))

Fratti semplici

A = 60/(3·4) = 5
B = 60/((−3)·1) = −20
C = 60/((−4)·(−1)) = 15

Uscite

y(t) = 5 − 20·e−3t + 15·e−4t
y(0,2) = 0,7637

Risposta

y(0,2) = 0,7637
15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y(0.5) = 0,2622

Convoluzione continua: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Ribalta h, falla scorrere fino alla posizione t e integra il prodotto delle parti sovrapposte. Per segnali causali l’integrale va da 0 a t. Risultati utili: l’area di y è l’area di x per l’area di h; se x dura da t₁ a t₂ e h da t₃ a t₄, y dura da t₁ + t₃ a t₂ + t₄. Per h(t) = e−atu(t) e un gradino di altezza A, y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Integrale di convoluzione

y(t) = 2e−1t∫₀ᵗ e−(5 − 1)τ dτ = 2(e−1t − e−5t)/(4)

Calcola

y(0,5) = 2·(0,6065 − 0,08208)/(4) = 0,2622

Risposta

y(0,5) = 0,2622
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: c0 = 0,5

Risposta impulsiva e serie di Fourier: la risposta impulsiva h(t) descrive completamente un sistema LTI: per y′ + a·y = b·x è h(t) = b·e−atu(t), e per y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] è h[n] = b·aⁿu[n]. Una sinusoide cos ωt passa con guadagno |H(jω)| e fase ∠H(jω), dove H è la trasformata di Fourier di h. Un segnale periodico è una somma di armoniche a k/T: un’onda quadra di ±A ha solo armoniche dispari con ampiezze 4A/(kπ), un’onda triangolare di picco A ha 8A/(π²k²), e un treno di impulsi di altezza A e rapporto di duty D ha il valor medio A·D e le armoniche (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.

Rapporto di lavoro

D = 0,5/2 = 0,25

Valor medio

c₀ = 2·0,25 = 0,5

Risposta

c0 = 0,5

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