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) = 3y(1) = ?

Risolvi y″ + 5y′ + 4y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = 2. Trova y(1).

y″ + 5y′ + 4y = 0y(0) = 3y′(0) = 2
y(1) =
2.Equazioni differenzialiDifficile
xy13(1, 4)y(3) = ?

Risolvi il problema ai valori iniziali y′ + 2y/x = 5x per x > 0, con y(1) = 4. Trova y(3).

y′ + 2y/x = 5xy(1) = 4
y(3) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =3−1−5−14−134−3

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

A = [3 −1 −5; −1 4 −1; 3 4 −3]
det A =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =−316−6b =−105

Risolvi il sistema −3x + y = −10 e 6x − 6y = 5. Trova x.

−3x + y = −106x − 6y = 5
x =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzdFAB

Una forza costante F = (−20, −10, 30) N agisce su un oggetto mentre si muove in linea retta dal punto A(−5, 2, 4) al punto B(−1, −2, −4). Le coordinate sono in metri. Trova il lavoro W compiuto dalla forza.

F = (−20, −10, 30) NA(−5, 2, 4) mB(−1, −2, −4) m
W = J
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzABC

Trova l’area A del triangolo con vertici A(−1, 3, −3), B(−4, 1, −1) e C(−2, −2, −4). Le coordinate sono in metri.

A(−1, 3, −3)B(−4, 1, −1)C(−2, −2, −4)
A = m²
7.IntegraliMedia
xy02

Calcola I = ∫02 ex dx.

f(x) = ex[0, 2]
I =
8.IntegraliDifficile
xyy = 0,5x2​y = 4x

Trova l'area A della regione delimitata da y = 0,5x2 e y = 4x.

y = 0,5x2y = 4x
A =
9.Calcolo multivariabileMedia

z = 4x²y² − 4y³ + xy con x = t e y = 2t² + 1. Usa la regola della catena per trovare dz/dt in t = 1.

z = 4x²y² − 4y³ + xyx = ty = 2t² + 1t = 1
dz/dt =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xy−50−4−202(0, 0)(−3, −3)

f(x, y) = x³ + y³ + 9xy ha un punto critico in (−3, −3). Calcola lì il discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = x³ + y³ + 9xyP = (−3, −3)
D =
11.Successioni e serieMedia
kSn​12345678910S = ?

Trova la somma S = Σk=1∞ 2/(k(k + 2)).

ak = 2/(k(k + 2))
S =
12.Successioni e serieDifficile

f(x) = cos x è approssimata in x = 1,5 dal suo polinomio di Maclaurin di grado n. Con la maggiorazione di Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! e M = 1, trova il grado minimo n che garantisce un errore inferiore a 1 × 10⁻⁵.

f(x) = cos xx = 1,5M = 1ε = 1 × 10⁻⁵
n =
13.Trasformate di LaplaceMedia
t (s)f(t)t = 0,5f(0,5) = ?

Trova f(t) per F(s) = (2s + 6)/(s² + 8s + 16) e calcola f(0,5).

F(s) = (2s + 6)/(s² + 8s + 16)t = 0,5 s
f(0.5) =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Risolvi y″ + 9y′ + 18y = 0 con y(0) = 10 e y′(0) = −3 usando la trasformata di Laplace, e trova y(0,2).

y″ + 9y′ + 18y = 0y(0) = 10y′(0) = −3t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t12h(t)t13

L’impulso x(t) = 2 per 0 ≤ t < 1 s è convoluto con l’impulso h(t) = 3 per 0 ≤ t < 1 s. Trova l’area Ay sotto y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 2, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 3, 0 ≤ t < 1 s
Ay =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
x(t)t (ms)0,5121−1

Un’onda quadra commuta tra +1 e −1 con periodo T = 1 ms (mezzo periodo per ogni livello). Trova l’ampiezza c3 della sua componente di Fourier a 3000 Hz.

±1T = 1 msf = 3000 Hz
c3 =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: y(1) = 1,686

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 = 3, −1A − 4B = 2
A = 4,667, B = −1,667

Calcola

y(1) = 4,667·e−1 + (−1,667)·e−4 = 1,686

Risposta

y(1) = 1,686
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(3) = 11,56

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∫2/x dx = x2

Integra

(x2y)′ = 5x3 → x2y = 5x4/4 + C

Condizione iniziale

4 = 5/4 + C → C = 2,75

Calcola

y(3) = (5·34/4 + 2,75)/32 = 11,56

Risposta

y(3) = 11,56
3.Matrici e determinanti

Risposta: det A = 62

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 = −8, M₁₂ = 6, M₁₃ = −16

Sviluppo di Laplace

det A = 3·(−8) − (−1)·6 + (−5)·(−16) = 62

Risposta

det A = 62
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = 4,583

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 = (−3)·(−6) − 1·6 = 12

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = (−10)·(−6) − 1·5 = 55
x = 55/12 = 4,583

Risposta

x = 4,583
y = 3,75
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: W = −280 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.

Spostamento

d = B − A = (−1, −2, −4) − (−5, 2, 4) = (4, −4, −8) m

Lavoro

W = F·d = (−20)·4 + (−10)·(−4) + 30·(−8) = −280 J

Risposta

W = −280 J

Lavoro negativo: la forza agisce per lo più contro il moto.

6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: A = 9,192 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.

Vettori dei lati

AB = B − A = (−3, −2, 2)
AC = C − A = (−1, −5, −1)

Prodotto vettoriale

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = (−2)·(−1) − 2·(−5) = 12
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 2·(−1) − (−3)·(−1) = −5
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = (−3)·(−5) − (−2)·(−1) = 13
|AB × AC| = √(12² + (−5)² + 13²) = 18,38

Area del triangolo

A = ½·18,38 = 9,192 m²

Risposta

A = 9,192 m²
7.Integrali

Risposta: I = 6,389

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) = ex/1

Valuta agli estremi

I = (e2 − 1)/1 = (7,389 − 1)/1 = 6,389

Risposta

I = 6,389
8.Integrali

Risposta: A = 42,67

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.

Punti di intersezione

0,5x2 = 4x → x = 0, x = 8

Integra superiore meno inferiore

A = [2x2 − 0,1667x3]08 = 42,67

Risposta

A = 42,67
9.Calcolo multivariabile

Risposta: dz/dt = −257

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.

Punto e velocità di variazione

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

Derivate parziali

fx = 8xy² + y = 75
fy = 8x²y − 12y² + x = −83

Regola della catena

dz/dt = 75·1 + (−83)·4 = −257

Risposta

dz/dt = −257
10.Calcolo multivariabile

Risposta: D = 243

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 = −18, fyy = −18, fxy = 9

Discriminante

D = (−18)·(−18) − 9² = 243
→ massimo locale

Risposta

D = 243
11.Successioni e serie

Risposta: S = 1,5

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.

Fratti semplici

2/(k(k + 2)) = (2/2)·(1/k − 1/(k + 2))

Annulla

S = (2/2)·(1 + 1/2) = 1,5

Risposta

S = 1,5
12.Successioni e serie

Risposta: n = 10

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.

n(n + 1)!maggiorazione011,5121,125260,56253240,210941200,0632857200,01582650400,003397403200,000635683628800,0001059936288001,589 × 10⁻⁵10399168002,167 × 10⁻⁶

Maggiorazioni al crescere di n

n = 9: 1,589 × 10⁻⁵ ≥ 1 × 10⁻⁵
n = 10: 2,167 × 10⁻⁶ < 1 × 10⁻⁵

Grado minimo

n = 10

Risposta

n = 10
13.Trasformate di Laplace

Risposta: f(0.5) = 0,1353

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 + 8s + 16 = (s + 4)²

Fratti semplici

2s + 6 = 2(s + 4) + −2
F(s) = 2/(s + 4) − 2/(s + 4)²

Antitrasformata

f(t) = 2·e−4t − 2·t·e−4t
f(0,5) = (2 − 2·0,5)·e−4·0,5 = 0,1353

Risposta

f(0,5) = 0,1353
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.2) = 7,717

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 − 10s − (−3) + 9(sY − 10) + 18Y = 0
Y(s) = (10s + 87)/((s + 3)(s + 6))

Fratti semplici

A = 57/3 = 19
B = 27/(−3) = −9

Risultato

y(t) = 19·e−3t − 9·e−6t
y(0,2) = 7,717

Risposta

y(0,2) = 7,717

Controllo: y(0) = A + B = 10.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: Ay = 6

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).

Aree degli ingressi

∫x dt = 2·1 = 2
∫h dt = 3·1 = 3

Area dell’uscita

Ay = 2·3 = 6

Risposta

Ay = 6
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: c3 = 0,4244

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 = 1000 Hz → k = 3000/1000 = 3

Ampiezza

c3 = 4·1/(3π) = 0,4244

Risposta

c3 = 0,4244

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