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) = 2y(2) = ?

Risolvi y″ + 5y′ + 4y = 0 con y(0) = 2 e y′(0) = 6. Trova y(2).

y″ + 5y′ + 4y = 0y(0) = 2y′(0) = 6
y(2) =
2.Equazioni differenzialiDifficile
ty1,5y(1,5) = ?

Risolvi y′ + 2y = 9e−0,5t con y(0) = 2. Trova y(1,5).

y′ + 2y = 9e−0,5ty(0) = 2
y(1.5) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =50−2−1B =10−15

Sia C = AB per le matrici mostrate. Trova l'elemento c11 (riga 1, colonna 1).

A = [5 0; −2 −1]B = [1 0; −1 5]
c11 =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =−4−3−46b =−9−11

Risolvi il sistema −4x − 3y = −9 e −4x + 6y = −11. Trova x.

−4x − 3y = −9−4x + 6y = −11
x =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzab

Trova la proiezione scalare compb a di a = (2, 6, 3) su b = (−1, 2, −2), cioè la componente di a nella direzione di b.

a = (2, 6, 3)b = (−1, 2, −2)
compb a =
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzab

Trova l’area A del parallelogramma generato da a = (−5, −1, 0) e b = (6, −6, −1).

a = (−5, −1, 0)b = (6, −6, −1)
A =
7.IntegraliMedia
xy1y = 0,5x

La regione sotto y = 0,5x da x = 0 a x = 1 viene ruotata attorno all’asse x. Trova il volume V del solido (un cono).

y = 0,5x0 ≤ x ≤ 1
V =
8.IntegraliDifficile
xy−22

Trova l'area A della regione tra la parabola y = 4 − x² e l'asse x.

y = 4 − x²
A =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy024−20PQ

Per f(x, y) = 5 sin(2x + 2y), trova la derivata direzionale Duf in P(1, −1) nella direzione verso Q(5, −3).

f(x, y) = 5 sin(2x + 2y)P = (1, −1)Q = (5, −3)
Duf =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xy0202(1, 2)

f(x, y) = 2x² + 5xy + 3y² − 14x − 17y + 5 ha un punto critico in (1, 2). Calcola lì il discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = 2x² + 5xy + 3y² − 14x − 17y + 5P = (1, 2)
D =
11.Successioni e serieMedia
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Applica il criterio del rapporto a Σk=1∞ kᵏ/(3ᵏ·k!). Trova L = lim |ak+1/ak|.

ak = kᵏ/(3ᵏ·k!)
L =
12.Successioni e serieDifficile

Riconosci la serie e trova la sua somma: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·0,82k+1/(2k + 1)!.

ak = (−1)ᵏ·0,82k+1/(2k + 1)!
S =
13.Trasformate di LaplaceMedia
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−8−91

F(s) = (5s + 3)/(s² + 10s + 16). La sua antitrasformata ha la forma f(t) = A·e−2t + B·e−8t. Trova il coefficiente A con i fratti semplici.

F(s) = (5s + 3)/(s² + 10s + 16)
A =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Un sistema obbedisce a y″ + 9y′ + 20y = 40·u(t), con y(0) = 5 e y′(0) = 0. A t = 0 viene applicato un ingresso a gradino u(t) = 5. Usa la trasformata di Laplace per trovare y(0,25).

y″ + 9y′ + 20y = 40·u(t)y(0) = 5y′(0) = 0u(t) = 5t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t22h(t)t32

L’impulso x(t) = 2 per 0 ≤ t < 2 s (nullo altrove) è applicato a un sistema con risposta impulsiva h(t) = 2 per 0 ≤ t < 3 s (nulla altrove). Trova l’uscita y(0,5) in t = 0,5 s.

x(t) = 2, 0 ≤ t < 2 sh(t) = 2, 0 ≤ t < 3 st = 0,5 s
y(0.5) =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
10cos(15t)h(t) = 5e−10t​u(t)y(t)

L’ingresso x(t) = 10·cos(15t) è applicato a un sistema con h(t) = 5·e−10tu(t). Trova l’ampiezza Ym dell’uscita a regime.

h(t) = 5e−10tu(t)x(t) = 10cos(15t)
Ym =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: y(2) = 0,6307

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 = 2, −1A − 4B = 6
A = 4,667, B = −2,667

Calcola

y(2) = 4,667·e−2 + (−2,667)·e−8 = 0,6307

Risposta

y(2) = 0,6307
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(1.5) = 2,635

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 = e2t
(e2ty)′ = 9e1,5t

Soluzione generale

y = 9/1,5·e−0,5t + C·e−2t = 6·e−0,5t + C·e−2t

Condizione iniziale

2 = 6 + C → C = −4

Calcola

y(1,5) = 6·0,4724 + (−4)·0,04979 = 2,635

Risposta

y(1,5) = 2,635
3.Matrici e determinanti

Risposta: c11 = 5

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.

Riga per colonna

c11 = 5·1 + 0·(−1) = 5

Risposta

c11 = 5
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = 2,417

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 = (−4)·6 − (−3)·(−4) = −36

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = (−9)·6 − (−3)·(−11) = −87
x = −87/(−36) = 2,417

Risposta

x = 2,417
y = −0,2222
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: compb a = 1,333

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·(−1) + 6·2 + 3·(−2) = 4

Lunghezza di b

|b| = √((−1)² + 2² + (−2)²) = 3

Proiezione scalare

compb a = a·b/|b| = 4/3 = 1,333

Risposta

compb a = 1,333
6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: A = 36,36

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 = (−1)·(−1) − 0·(−6) = 1
(a × b)y = azbx − axbz = 0·6 − (−5)·(−1) = −5
(a × b)z = axby − aybx = (−5)·(−6) − (−1)·6 = 36

Area

A = |a × b| = √(1² + (−5)² + 36²) = 36,36

Risposta

A = 36,36
7.Integrali

Risposta: V = 0,2618

Volumi di rotazione: ruotando attorno all’asse x la regione sotto y = f(x) da x = a a x = b si ottiene un solido la cui sezione in x è un disco di raggio f(x). Sommando i dischi si ha V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Quando la regione sta tra una curva esterna R(x) e una interna r(x), ogni fetta è una rondella: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Eleva al quadrato i raggi prima di sottrarli.

Metodo dei dischi

V = π∫₀1 0,25x² dx

Integra

V = π·0,25·1³/3 = 0,2618

Risposta

V = 0,2618

Verifica: un cono di raggio 0,5 e altezza 1 ha (1/3)πr²h = 0,2618.

8.Integrali

Risposta: A = 10,67

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.

Zeri

4 − x² = 0 → x = ±2

Integra

A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67

Risposta

A = 10,67
9.Calcolo multivariabile

Risposta: Duf = 4,472

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 = 10 cos(2x + 2y) → fx(1, −1) = 10
fy = 10 cos(2x + 2y) → fy(1, −1) = 10

Versore

|v| = √(4² + (−2)²) = 4,472
u = (0,8944, −0,4472)

Prodotto scalare

Duf = 10·0,8944 + 10·(−0,4472) = 4,472

Risposta

Duf = 4,472
10.Calcolo multivariabile

Risposta: D = −1

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).

Derivate seconde

fxx = 4, fyy = 6, fxy = 5

Discriminante

D = 4·6 − 5² = −1
→ punto di sella

Risposta

D = −1
11.Successioni e serie

Risposta: L = 0,9061

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.

Rapporto di termini consecutivi

|ak+1/ak| = (1 + 1/k)ᵏ/3 → e/3

Conclusione

L = 0,9061 < 1

Risposta

L = 0,9061

L < 1, quindi la serie converge.

12.Successioni e serie

Risposta: S = 0,7174

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.

Serie notevoli

Σ (−1)ᵏx2k+1/(2k + 1)! = sin x

Sostituisci

x = 0,8
S = sin 0,8 = 0,7174

Risposta

S = 0,7174
13.Trasformate di Laplace

Risposta: A = −1,167

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 + 16 = (s + 2)(s + 8)
F(s) = A/(s + 2) + B/(s + 8)

Regola di copertura

Moltiplica per (s + 2) e poni s = −2: il termine in B si annulla.

A = (5s + 3)/(s + 8) |s = −2 = −7/6 = −1,167

Risposta

A = −1,167
(B = 6,167, quindi f(t) = −1,167·e−2t + 6,167·e−8t)
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.25) = 6,533

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

(s² + 9s + 20)·Y(s) = 5s + 45 + 200/s
Y(s) = (5s² + 45s + 200)/(s(s + 4)(s + 5))

Fratti semplici

A = 200/(4·5) = 10
B = 100/((−4)·1) = −25
C = 100/((−5)·(−1)) = 20

Risultato

y(t) = 10 − 25·e−4t + 20·e−5t
y(0,25) = 6,533

Risposta

y(0,25) = 6,533

Controllo: y(0) = A + B + C = 5.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y(0.5) = 2

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).

Sovrapposizione dell’impulso ribaltato

h(t − τ) è l’impulso di h ribaltato e traslato in modo che termini in τ = t.

τ ∈ [0, 0,5] → lunghezza 0,5 s

Integrale

y(0,5) = 2·2·0,5 = 2

Risposta

y(0,5) = 2

y(t) è un trapezio: sale da 0, resta a 8 e ridiscende a 0 in t = 5 s.

16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: Ym = 2,774

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)|.

Risposta in frequenza

H(jω) = 5/(10 + jω)

Guadagno alla frequenza dell’ingresso

|H(j15)| = 5/√(10² + 15²) = 0,2774
Ym = 10·0,2774 = 2,774

Risposta

Ym = 2,774

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