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(2) = ?

Risolvi y″ + 6y′ + 9y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = -1. Trova y(2).

y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 3y′(0) = -1
y(2) =
2.Equazioni differenzialiDifficile
xy12(1, −1)y(2) = ?

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

y′ + 3y/x = 2xy(1) = −1
y(2) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =141−4−3−1−101

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

A = [1 4 1; −4 −3 −1; −1 0 1]
det A =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =22−25b =55

Risolvi il sistema 2x + 2y = 5 e −2x + 5y = 5. Trova x.

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

Trova l’angolo θ tra i vettori a = (2, 4, 4) e b = (3, −1, −4), in gradi.

a = (2, 4, 4)b = (3, −1, −4)
θ = °
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzabc

Trova il volume V del parallelepipedo i cui spigoli uscenti da un vertice sono a = (5, 5, 4), b = (−4, 4, 4) e c = (2, −5, 5).

a = (5, 5, 4)b = (−4, 4, 4)c = (2, −5, 5)
V =
7.IntegraliMedia
xy24

Calcola I = ∫24 3/x dx.

f(x) = 3/x[2, 4]
I =
8.IntegraliDifficile
xy1,5y = x²eˣ

Calcola I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.

∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy11∇fP

Per f(x, y) = 5 sin(−2x − 2y), trova la direzione di massima crescita in (1, 1) come angolo θ dall’asse x positivo, in gradi tra −180° e 180°.

f(x, y) = 5 sin(−2x − 2y)P = (1, 1)
θ = °
10.Calcolo multivariabileDifficile
xy−202−202(0, 0)(2, 2)(−2, −2)

Trova i punti critici di f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy, classificali e dai il valore fmin di f nel suo minimo locale.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy
fmin =
11.Successioni e serieMedia
AΣ 5/k⁴k = 1 … ∞BΣ 1/√kk = 1 … ∞CΣ 10ᵏ/k!k = 1 … ∞DΣ 1/(k(k + 3))k = 1 … ∞

Esattamente una delle quattro serie diverge. Cliccala.

A: Σ 5/k⁴B: Σ 1/√kC: Σ 10ᵏ/k!D: Σ 1/(k(k + 3))
  1. 1A: Σ 5/k⁴
  2. 2B: Σ 1/√k
  3. 3C: Σ 10ᵏ/k!
  4. 4D: Σ 1/(k(k + 3))
12.Successioni e serieDifficile

f(x) = ln(1 + x) è approssimata dal suo polinomio di Maclaurin di grado 3 in x = 0,2. Usa la maggiorazione di Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! con M = 3! = 6 per trovare il massimo errore possibile |R₃|.

f(x) = ln(1 + x)n = 3x = 0,2M = 6
|R₃| =
13.Trasformate di LaplaceMedia
ReIm−1−2−3−4−5−61

F(s) = 27/(s² + 8s + 12). La sua antitrasformata ha la forma f(t) = A·e−2t + B·e−6t. Trova il coefficiente A con i fratti semplici.

F(s) = 27/(s² + 8s + 12)
A =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

Un sistema obbedisce a y″ + 3y′ + 2y = 8·u(t), con y(0) = 4 e y′(0) = 0. A t = 0 viene applicato un ingresso a gradino u(t) = 1. Usa la trasformata di Laplace per trovare y(0,3).

y″ + 3y′ + 2y = 8·u(t)y(0) = 4y′(0) = 0u(t) = 1t = 0,3 s
y(0.3) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t1h(t)t21

Un sistema ha la risposta impulsiva h(t) = e−0,5tu(t). L’ingresso è un gradino x(t) = 1·u(t). Trova l’uscita y(2) in t = 2 s.

h(t) = e−0,5tu(t)x(t) = 1·u(t)t = 2 s
y(2) =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
x(t)t (ms)0,5125

Un’onda quadra commuta tra 5 e 0 con periodo T = 1 ms (mezzo periodo per ogni livello). Trova l’ampiezza c3 della sua componente di Fourier a 3000 Hz.

0 … 5T = 1 msf = 3000 Hz
c3 =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: y(2) = 0,0471

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.

Radice doppia

(r + 3)² = 0 → r = −3

Costanti

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 3A → B = -1 + 9 = 8

Calcola

y(2) = (3 + 8·2)·e−6 = 0,0471

Risposta

y(2) = 0,0471
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(2) = 1,425

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∫3/x dx = x3

Integra

(x3y)′ = 2x4 → x3y = 2x5/5 + C

Condizione iniziale

−1 = 2/5 + C → C = −1,4

Calcola

y(2) = (2·25/5 + (−1,4))/23 = 1,425

Risposta

y(2) = 1,425
3.Matrici e determinanti

Risposta: det A = 14

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 = −3, M₁₂ = −5, M₁₃ = −3

Sviluppo di Laplace

det A = 1·(−3) − 4·(−5) + 1·(−3) = 14

Risposta

det A = 14
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = 1,071

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 = 2·5 − 2·(−2) = 14

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = 5·5 − 2·5 = 15
x = 15/14 = 1,071

Risposta

x = 1,071
y = 1,429
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: θ = 117,2 °

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 = 2·3 + 4·(−1) + 4·(−4) = −14

Moduli

|a| = √(2² + 4² + 4²) = 6
|b| = √(3² + (−1)² + (−4)²) = 5,099

Angolo

cos θ = −14/(6·5,099) = −0,4576
θ = arccos(−0,4576) = 117,2°

Risposta

θ = 117,2°
6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: V = 388

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = 4·5 − 4·(−5) = 40
(b × c)y = bzcx − bxcz = 4·2 − (−4)·5 = 28
(b × c)z = bxcy − bycx = (−4)·(−5) − 4·2 = 12

Prodotto scalare con a

a·(b × c) = 5·40 + 5·28 + 4·12 = 388
V = |388| = 388

Risposta

V = 388
7.Integrali

Risposta: I = 2,079

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) = 3·ln x

Valuta agli estremi

I = 3·(ln 4 − ln 2) = 3·ln 2 = 2,079

Risposta

I = 2,079
8.Integrali

Risposta: I = 3,602

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.

Primo passaggio

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Secondo passaggio

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Limiti

4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602

Risposta

I = 3,602
9.Calcolo multivariabile

Risposta: θ = 45 °

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.

Derivate parziali

fx = −10 cos(−2x − 2y) → fx(1, 1) = 6,536
fy = −10 cos(−2x − 2y) → fy(1, 1) = 6,536

Direzione

θ = atan2(6,536, 6,536) = 45°

Risposta

θ = 45°
10.Calcolo multivariabile

Risposta: fmin = −32

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 = 4x³ − 16y = 0
fy = 4y³ − 16x = 0
(0, 0), (2, 2), (−2, −2)

Test delle derivate seconde

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −16, D = −256 → punto di sella
(2, 2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → minimo locale
(−2, −2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → minimo locale

Valore nell’estremo

f(−2, −2) = −32

Risposta

fmin = −32
11.Successioni e serie

Risposta: B: Σ 1/√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 5/k⁴ → Serie armonica generalizzata con p = 4 > 1: converge.
B: Σ 1/√k → Serie armonica generalizzata con p = 1/2 ≤ 1: diverge.
C: Σ 10ᵏ/k! → Criterio del rapporto: L = lim 10/(k + 1) = 0 < 1, converge.
D: Σ 1/(k(k + 3)) → Minore di 1/k²: converge per confronto.

La risposta

B: Σ 1/√k

Risposta

B: Σ 1/√k
12.Successioni e serie

Risposta: |R₃| = 0,0004

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 = 3! = 6

Maggiorazione di Lagrange

|R₃| ≤ 6·0,2⁴/4! = 0,0004

Risposta

|R₃| = 0,0004

L’errore vero è minore: |f(0,2) − P₃(0,2)| = 0,0003451.

13.Trasformate di Laplace

Risposta: A = 6,75

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 + 12 = (s + 2)(s + 6)
F(s) = A/(s + 2) + B/(s + 6)

Regola di copertura

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

A = 27/(s + 6) |s = −2 = 27/4 = 6,75

Risposta

A = 6,75
(B = −6,75, quindi f(t) = 6,75·e−2t − 6,75·e−6t)
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.3) = 4

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 + 3s + 2)·Y(s) = 4s + 12 + 8/s
Y(s) = (4s² + 12s + 8)/(s(s + 1)(s + 2))

Fratti semplici

A = 8/(1·2) = 4
B = 0/((−1)·1) = 0
C = 0/((−2)·(−1)) = 0

Risultato

y(t) = 4
y(0,3) = 4

Risposta

y(0,3) = 4

Controllo: y(0) = A + B + C = 4.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y(2) = 1,264

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).

Convoluzione con un gradino

y(t) = 1·∫₀ᵗ e−0,5τ dτ = (1/0,5)·(1 − e−0,5t)

Calcola

y(2) = 2·(1 − e−1) = 1,264

Risposta

y(2) = 1,264
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: c3 = 1,061

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 = 4·2,5/(3π) = 1,061

Risposta

c3 = 1,061

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