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
tyy(0) = 5y(2) = ?

Risolvi y″ + 5y′ + 4y = 0 con y(0) = 5 e y′(0) = 0. Trova y(2).

y″ + 5y′ + 4y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(2) =
2.Equazioni differenzialiDifficile
tyy(0) = 10y(1) = ?

Risolvi y″ + 2y′ + 17y = 0 con y(0) = 10 e y′(0) = 0 (rilasciato da fermo). Trova y(1); angoli in radianti.

y″ + 2y′ + 17y = 0y(0) = 10y′(0) = 0
y(1) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =3−5−34−435−35

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

A = [3 −5 −3; 4 −4 3; 5 −3 5]
det A =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =3−24−3

Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.

A = [3 −2; 4 −3]
λ =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzab

Trova la proiezione scalare compb a di a = (2, 5, −6) su b = (−5, −3, 2), cioè la componente di a nella direzione di b.

a = (2, 5, −6)b = (−5, −3, 2)
compb a =
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzab

Il versore n̂ è perpendicolare sia a a = (−3, −3, 5) sia a b = (−2, 5, −5) e ha componente z positiva. Trova la sua componente y n̂y.

a = (−3, −3, 5)b = (−2, 5, −5)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegraliMedia
xy02

Calcola I = ∫02 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 2]
I =
8.IntegraliDifficile
xyy = 2x2​y = 4x

Trova l'area A della regione delimitata da y = 2x2 e y = 4x.

y = 2x2y = 4x
A =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy11P

Usa il piano tangente di f(x, y) = sin(2x + 3y) in (1, 1) per approssimare f(0,8, 1,05). Dai l’approssimazione lineare L.

f(x, y) = sin(2x + 3y)(a, b) = (1, 1)(x, y) = (0,8, 1,05)
L =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xyx = 1y = 0,5x10,5

Calcola I = ∬T (2x − 2y) dA sul triangolo T delimitato da y = 0, x = 1 e y = 0,5x.

f = 2x − 2y0 ≤ x ≤ 10 ≤ y ≤ 0,5x
I =
11.Successioni e serieMedia
xx₀ = 0??R

Trova il raggio di convergenza R della serie di potenze Σk=1∞ 25ᵏx²ᵏ/k.

Σ 25ᵏx²ᵏ/kx₀ = 0
R =
12.Successioni e serieDifficile

f(x) = cos x è approssimata dal suo polinomio di Maclaurin di grado 5 in x = 1. Usa la maggiorazione di Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! con M = 1 per trovare il massimo errore possibile |R₅|.

f(x) = cos xn = 5x = 1M = 1
|R₅| =
13.Trasformate di LaplaceMedia
t (s)f(t)t = 0,6f(0,6) = ?

Trova f(t) per F(s) = 35/(s(s + 2)(s + 3)) con i fratti semplici, e calcola f(0,6).

F(s) = 35/(s(s + 2)(s + 3))t = 0,6 s
f(0.6) =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

Risolvi y″ + 9y′ + 18y = 0 con y(0) = −8 e y′(0) = 1 usando la trasformata di Laplace, e trova y(0,3).

y″ + 9y′ + 18y = 0y(0) = −8y′(0) = 1t = 0,3 s
y(0.3) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t4h(t)t1

L’ingresso x(t) = 4·e−2tu(t) è applicato a un sistema con h(t) = e−4tu(t). Trova l’uscita y(1) in t = 1 s.

x(t) = 4·e−2tu(t)h(t) = e−4tu(t)t = 1 s
y(1) =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
x(t)t (ms)510205−5

Un’onda quadra commuta tra +5 e −5 con periodo T = 10 ms (mezzo periodo per ogni livello). Trova l’ampiezza c1 della sua componente di Fourier a 100 Hz.

±5T = 10 msf = 100 Hz
c1 =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: y(2) = 0,9017

Equazioni lineari del secondo ordine: per y″ + b·y′ + c·y = 0 prova y = ert: si ottiene l’equazione caratteristica r² + b·r + c = 0. Due radici reali r₁ ≠ r₂ danno y = A·er₁t + B·er₂t (sovrasmorzato); una radice doppia r dà y = (A + Bt)·ert (smorzamento critico); radici complesse −α ± jω danno y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (sottosmorzato, oscillante). I valori iniziali y(0) e y′(0) fissano A e B. Scritta come y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn è la pulsazione naturale e ζ il coefficiente di smorzamento: con ζ < 1 si ha oscillazione. Con un ingresso costante, y″ + by′ + cy = c·K, la soluzione è il valore a regime K più la risposta libera.

Radici caratteristiche

(r + 1)(r + 4) = 0 → r = −1, −4

Costanti dai valori iniziali

A + B = 5, −1A − 4B = 0
A = 6,667, B = −1,667

Calcola

y(2) = 6,667·e−2 + (−1,667)·e−8 = 0,9017

Risposta

y(2) = 0,9017
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(1) = −3,101

Equazioni lineari del secondo ordine: per y″ + b·y′ + c·y = 0 prova y = ert: si ottiene l’equazione caratteristica r² + b·r + c = 0. Due radici reali r₁ ≠ r₂ danno y = A·er₁t + B·er₂t (sovrasmorzato); una radice doppia r dà y = (A + Bt)·ert (smorzamento critico); radici complesse −α ± jω danno y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (sottosmorzato, oscillante). I valori iniziali y(0) e y′(0) fissano A e B. Scritta come y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn è la pulsazione naturale e ζ il coefficiente di smorzamento: con ζ < 1 si ha oscillazione. Con un ingresso costante, y″ + by′ + cy = c·K, la soluzione è il valore a regime K più la risposta libera.

Radici complesse

r = −1 ± 4j

Costanti

A = 10, B = 1·10/4 = 2,5

Calcola

y(1) = e−1(10·cos 4 + 2,5·sin 4) = −3,101

Risposta

y(1) = −3,101
3.Matrici e determinanti

Risposta: det A = −32

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 = −11, M₁₂ = 5, M₁₃ = 8

Sviluppo di Laplace

det A = 3·(−11) − (−5)·5 + (−3)·8 = −32

Risposta

det A = −32
4.Matrici e determinanti

Risposta: λ = 1

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.

Equazione caratteristica

λ² − (0)λ + (−1) = 0

Risolvi

λ = (0 ± √(4))/2 → λ = −1, 1
λ = 1

Risposta

λ = 1
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: compb a = −6,002

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.

Prodotto scalare

a·b = 2·(−5) + 5·(−3) + (−6)·2 = −37

Lunghezza di b

|b| = √((−5)² + (−3)² + 2²) = 6,164

Proiezione scalare

compb a = a·b/|b| = −37/6,164 = −6,002

Risposta

compb a = −6,002

Negativa: a ha una componente rivolta contro b.

6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: n̂y = 0,7321

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.

Prodotto vettoriale

(a × b)x = aybz − azby = (−3)·(−5) − 5·5 = −10
(a × b)y = azbx − axbz = 5·(−2) − (−3)·(−5) = −25
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·5 − (−3)·(−2) = −21

Normalizza

La componente z di a × b è negativa, quindi usa −(a × b).

|a × b| = √((−10)² + (−25)² + (−21)²) = 34,15
n̂ = −(−10, −25, −21)/34,15 = (0,2929, 0,7321, 0,615)
n̂y = 0,7321

Risposta

n̂y = 0,7321
7.Integrali

Risposta: I = 26,8

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) = e2x/2

Valuta agli estremi

I = (e4 − 1)/2 = (54,6 − 1)/2 = 26,8

Risposta

I = 26,8
8.Integrali

Risposta: A = 2,667

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.

Punti di intersezione

2x2 = 4x → x = 0, x = 2

Integra superiore meno inferiore

A = [2x2 − 0,6667x3]02 = 2,667

Risposta

A = 2,667
9.Calcolo multivariabile

Risposta: L = −1,03

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.

Valore e pendenze nel punto

f(1, 1) = −0,9589
fx = 2 cos(2x + 3y) → fx(1, 1) = 0,5673
fy = 3 cos(2x + 3y) → fy(1, 1) = 0,851

Piano tangente

z = −0,9589 + 0,5673(x − 1) + 0,851(y − 1)
z = 0,5673x + 0,851y − 2,377

Approssimazione lineare

L = −0,9589 + 0,5673·(−0,2) + 0,851·0,05 = −1,03

Risposta

L = −1,03

Il valore esatto è f = −0,999293; il piano è vicino perché l’incremento è piccolo.

10.Calcolo multivariabile

Risposta: I = 0,25

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).

Limiti

0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0,5x

Integrale interno

∫00,5x (2x − 2y) dy = 2x·0,5x − 2·(0,5x)²/2 = 0,75x²

Integrale esterno

I = 0,75·1³/3 = 0,25

Risposta

I = 0,25
11.Successioni e serie

Risposta: R = 0,2

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.

Coefficienti

La serie è in x²: converge per 25·x² < 1, quindi |x| < 1/5.

Raggio

R = 0,2

Risposta

R = 0,2

Il criterio del rapporto non dice nulla nei due estremi; vanno verificati separatamente.

12.Successioni e serie

Risposta: |R₅| = 0,001389

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.

Maggiorazione della derivata

M = 1

Maggiorazione di Lagrange

|R₅| ≤ 1·1⁶/6! = 0,001389

Risposta

|R₅| = 0,001389

L’errore vero è minore: |f(1) − P₅(1)| = 0,001364.

13.Trasformate di Laplace

Risposta: f(0.6) = 2,491

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).

Fratti semplici

F(s) = A/s + B/(s + 2) + C/(s + 3)
A = 35/(2·3) = 5,833
B = 35/((−2)·1) = −17,5
C = 35/((−3)·(−1)) = 11,67

Antitrasformata

f(t) = 5,833 − 17,5·e−2t + 11,67·e−3t

Calcola

f(0,6) = 5,833 − 17,5·e−2·0,6 + 11,67·e−3·0,6 = 2,491

Risposta

f(0,6) = 2,491
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.3) = −5,102

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

s²Y − (−8)s − 1 + 9(sY − (−8)) + 18Y = 0
Y(s) = (−8s − 71)/((s + 3)(s + 6))

Fratti semplici

A = −47/3 = −15,67
B = −23/(−3) = 7,667

Risultato

y(t) = −15,67·e−3t + 7,667·e−6t
y(0,3) = −5,102

Risposta

y(0,3) = −5,102

Controllo: y(0) = A + B = −8.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y(1) = 0,234

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

Calcola

y(1) = 4·(0,01832 − 0,1353)/(−2) = 0,234

Risposta

y(1) = 0,234
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: c1 = 6,366

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)|.

Ordine dell’armonica

f₀ = 1/T = 100 Hz → k = 100/100 = 1

Ampiezza

c1 = 4·5/(1π) = 6,366

Risposta

c1 = 6,366

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