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)27Ta​T = ?

Una lattina di bibita a 3 °C viene tolta dal frigorifero e portata in una stanza a 22 °C. Segue la legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Con k = 0,03 min⁻¹, trova la sua temperatura T dopo 27 min.

T0 = 3 °CTa = 22 °Ck = 0,03 min⁻¹t = 27 min
T = °C
2.Equazioni differenzialiDifficile
xy12(1, 5)y(2) = ?

Risolvi il problema ai valori iniziali y′ + y/x = x2 per x > 0, con y(1) = 5. Trova y(2).

y′ + y/x = x2y(1) = 5
y(2) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =022−311−4−1−5

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

A = [0 2 2; −3 1 1; −4 −1 −5]
det A =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =3−3−33

Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.

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

Trova l’angolo θ tra i vettori a = (2, −4, −2) e b = (−2, −2, −6), in gradi.

a = (2, −4, −2)b = (−2, −2, −6)
θ = °
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzab

Il versore n̂ è perpendicolare sia a a = (4, 3, 1) sia a b = (−4, 0, −4) e ha componente z positiva. Trova la sua componente y n̂y.

a = (4, 3, 1)b = (−4, 0, −4)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegraliMedia
xy15y = x ln x

Calcola I = ∫₁5 x·ln x dx.

∫₁5 x ln x dx
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
xy2−1P

Il piano tangente a z = −3x²y² + 3x³ − 2y² + 4xy nel punto in cui (x, y) = (2, −1) si può scrivere come z = px + qy + c. Trova c.

f(x, y) = −3x²y² + 3x³ − 2y² + 4xy(a, b) = (2, −1)
c =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xyy = 0,8y = x0,80,8

L’integrale I = ∫00,8 ∫x0,8 cos(y²) dy dx non si può calcolare in questo ordine. Inverti l’ordine di integrazione e calcolalo.

f = cos(y²)0 ≤ x ≤ y ≤ 0,8
I =
11.Successioni e serieMedia
AΣ ln k / kk = 1 … ∞BΣ (3/2)ᵏk = 1 … ∞CΣ 1/(4k + 4)k = 1 … ∞DΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞

Esattamente una delle quattro serie converge. Cliccala.

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

Riconosci la serie e trova la sua somma: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·1,22k/(2k)!.

ak = (−1)ᵏ·1,22k/(2k)!
S =
13.Trasformate di LaplaceMedia
t (s)f(t)t = 0,75f(0,75) = ?

Trova f(t) per F(s) = (3s + 18)/(s² + 2s + 1) e calcola f(0,75).

F(s) = (3s + 18)/(s² + 2s + 1)t = 0,75 s
f(0.75) =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,75y(0,75) = ?

Risolvi y″ + 4y′ + 3y = 0 con y(0) = −1 e y′(0) = −2 usando la trasformata di Laplace, e trova y(0,75).

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = −1y′(0) = −2t = 0,75 s
y(0.75) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t0,55h(t)t1

L’impulso x(t) = 5 per 0 ≤ t < 0.5 s (nullo altrove) è applicato a un sistema con h(t) = e−4tu(t). Trova l’uscita y(1,5) in t = 1,5 s, dopo che l’impulso è terminato.

x(t) = 5, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−4tu(t)t = 1,5 s
y(1.5) =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
δ(t)y′ + 10y = 10xh(t)

Un sistema obbedisce a y′(t) + 10·y(t) = 10·x(t). Trova la sua risposta impulsiva in t = 1 s, h(1).

y′ + 10y = 10xt = 1 s
h(1) =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: T = 13,55 °C

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.

Soluzione della legge di raffreddamento

T(t) = 22 + (−19)·e−0,03t

Sostituisci t

T(27) = 22 + (−19)·0,4449 = 13,55 °C

Risposta

T = 13,55 °C
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(2) = 4,375

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∫1/x dx = x1

Integra

(x1y)′ = x3 → x1y = 1x4/4 + C

Condizione iniziale

5 = 1/4 + C → C = 4,75

Calcola

y(2) = (1·24/4 + 4,75)/21 = 4,375

Risposta

y(2) = 4,375
3.Matrici e determinanti

Risposta: det A = −24

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 = −4, M₁₂ = 19, M₁₃ = 7

Sviluppo di Laplace

det A = 0·(−4) − 2·19 + 2·7 = −24

Risposta

det A = −24
4.Matrici e determinanti

Risposta: λ = 6

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 − (6)λ + (0) = 0

Risolvi

λ = (6 ± √(36))/2 → λ = 0, 6
λ = 6

Risposta

λ = 6
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: θ = 60,5 °

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·(−2) + (−4)·(−2) + (−2)·(−6) = 16

Moduli

|a| = √(2² + (−4)² + (−2)²) = 4,899
|b| = √((−2)² + (−2)² + (−6)²) = 6,633

Angolo

cos θ = 16/(4,899·6,633) = 0,4924
θ = arccos(0,4924) = 60,5°

Risposta

θ = 60,5°
6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: n̂y = 0,5774

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·(−4) − 1·0 = −12
(a × b)y = azbx − axbz = 1·(−4) − 4·(−4) = 12
(a × b)z = axby − aybx = 4·0 − 3·(−4) = 12

Normalizza

La componente z di a × b è già positiva.

|a × b| = √((−12)² + 12² + 12²) = 20,78
n̂ = (−12, 12, 12)/20,78 = (−0,5774, 0,5774, 0,5774)
n̂y = 0,5774

Risposta

n̂y = 0,5774
7.Integrali

Risposta: I = 14,12

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.

Scegli u e dv

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

Primitiva

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

Limiti

(12,5·ln 5 − 6,25) − (0 − 0,25) = 14,12

Risposta

I = 14,12
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: c = −2

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(2, −1) = 2
fx = −6xy² + 9x² + 4y → fx(2, −1) = 20
fy = −6x²y − 4y + 4x → fy(2, −1) = 36

Piano tangente

z = 2 + 20(x − 2) + 36(y + 1)
z = 20x + 36y − 2

Termine costante

c = −2

Risposta

c = −2
10.Calcolo multivariabile

Risposta: I = 0,2986

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).

Regione

0 ≤ x ≤ y, 0 ≤ y ≤ 0,8

Ordine invertito

I = ∫00,8 ∫0y cos(y²) dx dy = ∫00,8 y·cos(y²) dy

Sostituzione u = y²

I = [sin(y²)/2]00,8 = 0,2986

Risposta

I = 0,2986
11.Successioni e serie

Risposta: D: Σ (−1)ᵏ/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 ln k / k → Maggiore di 1/k per k ≥ 3: diverge per confronto con la serie armonica.
B: Σ (3/2)ᵏ → Geometrica con r = 3/2 > 1: i termini crescono, quindi diverge.
C: Σ 1/(4k + 4) → Si comporta come 1/(4k) per k grande; confrontata con la serie armonica, diverge.
D: Σ (−1)ᵏ/k → A segni alterni, con 1/k decrescente a 0: converge (condizionatamente).

La risposta

D: Σ (−1)ᵏ/k

Risposta

D: Σ (−1)ᵏ/k
12.Successioni e serie

Risposta: S = 0,3624

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/(2k)! = cos x

Sostituisci

x = 1,2
S = cos 1,2 = 0,3624

Risposta

S = 0,3624
13.Trasformate di Laplace

Risposta: f(0.75) = 6,731

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 + 2s + 1 = (s + 1)²

Fratti semplici

3s + 18 = 3(s + 1) + 15
F(s) = 3/(s + 1) + 15/(s + 1)²

Antitrasformata

f(t) = 3·e−t + 15·t·e−t
f(0,75) = (3 + 15·0,75)·e−0,75 = 6,731

Risposta

f(0,75) = 6,731
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.75) = −1,023

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 − (−1)s − (−2) + 4(sY − (−1)) + 3Y = 0
Y(s) = (−s − 6)/((s + 1)(s + 3))

Fratti semplici

A = −5/2 = −2,5
B = −3/(−2) = 1,5

Risultato

y(t) = −2,5·e−t + 1,5·e−3t
y(0,75) = −1,023

Risposta

y(0,75) = −1,023

Controllo: y(0) = A + B = −1.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y(1.5) = 0,0198

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).

Uscita alla fine dell’impulso

y(0,5) = (5/4)(1 − e−2) = 1,081

Decadimento dopo l’impulso

y(1,5) = 1,081·e−4·1 = 0,0198

Risposta

y(1,5) = 0,0198
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: h(1) = 0,000454

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)|.

Funzione di trasferimento

H(s) = Y(s)/X(s) = 10/(s + 10)

Risposta all’impulso

h(t) = 10·e−10tu(t)
h(1) = 10·e−10 = 0,000454

Risposta

h(1) = 0,000454

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