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″ + 8y′ + 15y = 0 con y(0) = 5 e y′(0) = 6. Trova y(2).

y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 5y′(0) = 6
y(2) =
2.Equazioni differenzialiDifficile
xy12(1, 0)y(2) = ?

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

y′ + y/x = 2x2y(1) = 0
y(2) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =656−4B =3−4−5−6

Sia C = AB per le matrici mostrate. Trova l'elemento c12 (riga 1, colonna 2).

A = [6 5; 6 −4]B = [3 −4; −5 −6]
c12 =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =−42−22b =−410

Risolvi il sistema −4x + 2y = −4 e −2x + 2y = 10. Trova x.

−4x + 2y = −4−2x + 2y = 10
x =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzab

Trova la proiezione scalare compb a di a = (−7, −3, −4) su b = (3, 3, 0), cioè la componente di a nella direzione di b.

a = (−7, −3, −4)b = (3, 3, 0)
compb a =
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzab

Per a = (−6, 0, −5) e b = (1, −4, 5), trova la componente y (a × b)y del prodotto vettoriale a × b.

a = (−6, 0, −5)b = (1, −4, 5)
(a × b)y =
7.IntegraliMedia
xy24

Calcola I = ∫24 4/x dx.

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

Trova l'area A della regione delimitata da y = 0,5x2 e y = 2x.

y = 0,5x2y = 2x
A =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy−23P

Il piano tangente a z = xy³ − 2x³ − 2xy nel punto in cui (x, y) = (−2, 3) si può scrivere come z = px + qy + c. Trova c.

f(x, y) = xy³ − 2x³ − 2xy(a, b) = (−2, 3)
c =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xy−20202(1, 2)(−1, 2)

Trova i punti critici di f(x, y) = −x³ + 3x − y² + 4y, classificali e dai il valore fmax di f nel suo massimo locale.

f(x, y) = −x³ + 3x − y² + 4y
fmax =
11.Successioni e serieMedia
kSn​12345678910

Trova la somma S = Σk=123 4/(k(k + 1)).

ak = 4/(k(k + 1))n = 23
S =
12.Successioni e serieDifficile

f(x) = cos x è approssimata in x = 2 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 0,0005.

f(x) = cos xx = 2M = 1ε = 0,0005
n =
13.Trasformate di LaplaceMedia
ReIm−1−2−312

Trova f(t) per F(s) = (3s + 8)/(s² + 4s + 8) completando il quadrato, e calcola f(0,25).

F(s) = (3s + 8)/(s² + 4s + 8)t = 0,25 s
f(0.25) =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Risolvi y″ + 8y′ + 12y = 0 con y(0) = 7 e y′(0) = −1 usando la trasformata di Laplace, e trova y(0,25).

y″ + 8y′ + 12y = 0y(0) = 7y′(0) = −1t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t03h(t)t15

Il segnale x(t) è non nullo solo tra t = 0 s e t = 3 s, e h(t) solo tra t = 1 s e t = 5 s. Trova l’istante tend in cui y(t) = x(t) ∗ h(t) finisce.

x: 0 … 3 sh: 1 … 5 s
tend = s
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
δ(t)y′ + 10y = 3xh(t)

Un sistema obbedisce a y′(t) + 10·y(t) = 3·x(t). Trova la sua risposta impulsiva in t = 0,2 s, h(0,2).

y′ + 10y = 3xt = 0,2 s
h(0.2) =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: y(2) = 0,03794

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 + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5

Costanti dai valori iniziali

A + B = 5, −3A − 5B = 6
A = 15,5, B = −10,5

Calcola

y(2) = 15,5·e−6 + (−10,5)·e−10 = 0,03794

Risposta

y(2) = 0,03794
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(2) = 3,75

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)′ = 2x3 → x1y = 2x4/4 + C

Condizione iniziale

0 = 2/4 + C → C = −0,5

Calcola

y(2) = (2·24/4 + (−0,5))/21 = 3,75

Risposta

y(2) = 3,75
3.Matrici e determinanti

Risposta: c12 = −54

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

c12 = 6·(−4) + 5·(−6) = −54

Risposta

c12 = −54
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = 7

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)·2 − 2·(−2) = −4

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = (−4)·2 − 2·10 = −28
x = −28/(−4) = 7

Risposta

x = 7
y = 12
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: compb a = −7,071

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 = (−7)·3 + (−3)·3 + (−4)·0 = −30

Lunghezza di b

|b| = √(3² + 3² + 0²) = 4,243

Proiezione scalare

compb a = a·b/|b| = −30/4,243 = −7,071

Risposta

compb a = −7,071

Negativa: a ha una componente rivolta contro b.

6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: (a × b)y = 25

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, componente per componente

(a × b)x = aybz − azby = 0·5 − (−5)·(−4) = −20
(a × b)y = azbx − axbz = (−5)·1 − (−6)·5 = 25
(a × b)z = axby − aybx = (−6)·(−4) − 0·1 = 24

Componente richiesta

(a × b)y = 25

Risposta

(a × b)y = 25

Controllo: a × b è perpendicolare a entrambi i vettori, quindi il suo prodotto scalare con a e con b è nullo.

7.Integrali

Risposta: I = 2,773

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) = 4·ln x

Valuta agli estremi

I = 4·(ln 4 − ln 2) = 4·ln 2 = 2,773

Risposta

I = 2,773
8.Integrali

Risposta: A = 5,333

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 = 2x → x = 0, x = 4

Integra superiore meno inferiore

A = [x2 − 0,1667x3]04 = 5,333

Risposta

A = 5,333
9.Calcolo multivariabile

Risposta: c = 118

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, 3) = −26
fx = y³ − 6x² − 2y → fx(−2, 3) = −3
fy = 3xy² − 2x → fy(−2, 3) = −50

Piano tangente

z = −26 − 3(x + 2) − 50(y − 3)
z = −3x − 50y + 118

Termine costante

c = 118

Risposta

c = 118
10.Calcolo multivariabile

Risposta: fmax = 6

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 − 3) = 0
fy = −(2y − 4) = 0
(1, 2), (−1, 2)

Test delle derivate seconde

(1, 2): fxx = −6, fyy = −2, fxy = 0, D = 12 → massimo locale
(−1, 2): fxx = 6, fyy = −2, fxy = 0, D = −12 → punto di sella

Valore nell’estremo

f(1, 2) = 6

Risposta

fmax = 6
11.Successioni e serie

Risposta: S = 3,833

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

4/(k(k + 1)) = 4·(1/k − 1/(k + 1))

Annulla

S = 4·(1 − 1/24) = 3,833

Risposta

S = 3,833
12.Successioni e serie

Risposta: n = 9

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)!maggiorazione012122261,3333240,666741200,266757200,08889650400,02547403200,00634983628800,001411936288000,0002822

Maggiorazioni al crescere di n

n = 8: 0,001411 ≥ 0,0005
n = 9: 0,0002822 < 0,0005

Grado minimo

n = 9

Risposta

n = 9
13.Trasformate di Laplace

Risposta: f(0.25) = 1,888

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).

Completa il quadrato

s² + 4s + 8 = (s + 2)² + 4 = (s + 2)² + 2²

Fai corrispondere il numeratore

F(s) = 3·(s + 2)/((s + 2)² + 2²) + (2/2)·2/((s + 2)² + 2²)

Antitrasformata

f(t) = e−2t·(3·cos 2t + sin 2t)
f(0,25) = e−2·0,25·(3·cos(2·0,25) + sin(2·0,25)) = 1,888

Risposta

f(0,25) = 1,888
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.25) = 5,492

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 − 7s − (−1) + 8(sY − 7) + 12Y = 0
Y(s) = (7s + 55)/((s + 2)(s + 6))

Fratti semplici

A = 41/4 = 10,25
B = 13/(−4) = −3,25

Risultato

y(t) = 10,25·e−2t − 3,25·e−6t
y(0,25) = 5,492

Risposta

y(0,25) = 5,492

Controllo: y(0) = A + B = 7.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: tend = 8 s

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).

Inizio e fine

tstart = 0 + 1 = 1 s
tend = 3 + 5 = 8 s

Risposta

tend = 8 s

Risposta

tend = 8 s
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: h(0.2) = 0,406

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) = 3/(s + 10)

Risposta all’impulso

h(t) = 3·e−10tu(t)
h(0,2) = 3·e−2 = 0,406

Risposta

h(0,2) = 0,406

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