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)23Ta​30 °C

Una tazza di caffè a 90 °C viene lasciata in una stanza a 21 °C. Dopo 23 min la sua temperatura è 30 °C. Segue la legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Trova la costante k in min⁻¹.

T0 = 90 °CTa = 21 °CT(23) = 30 °C
k = min⁻¹
2.Equazioni differenzialiDifficile
ty2y(2) = ?

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

y′ + 0,5y = 2e−ty(0) = 2
y(2) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =−1−2−3455−240

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

A = [−1 −2 −3; 4 5 5; −2 4 0]
det A =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =3−655b =−5−5

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

3x − 6y = −55x + 5y = −5
x =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzdFAB

Una forza costante F = (−30, −30, 5) N agisce su un oggetto mentre si muove in linea retta dal punto A(3, 2, −5) al punto B(2, 0, 1). Le coordinate sono in metri. Trova il lavoro W compiuto dalla forza.

F = (−30, −30, 5) NA(3, 2, −5) mB(2, 0, 1) m
W = J
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzabc

Trova il volume V del parallelepipedo i cui spigoli uscenti da un vertice sono a = (−2, 5, 0), b = (−3, 1, 3) e c = (5, −5, 4).

a = (−2, 5, 0)b = (−3, 1, 3)c = (5, −5, 4)
V =
7.IntegraliMedia
xy12

Calcola I = ∫12 5/x dx.

f(x) = 5/x[1, 2]
I =
8.IntegraliDifficile
xyy = 2x2​y = 2x

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

y = 2x2y = 2x
A =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy11P

Usa il piano tangente di f(x, y) = 2x³y² + 5x² + 3y³ + 2xy in (1, 1) per approssimare f(0,8, 1,05). Dai l’approssimazione lineare L.

f(x, y) = 2x³y² + 5x² + 3y³ + 2xy(a, b) = (1, 1)(x, y) = (0,8, 1,05)
L =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xy−505−4−202(3, −3)(−3, −3)

f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 6y ha un punto critico in (−3, −3). Calcola lì il discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 6yP = (−3, −3)
D =
11.Successioni e serieMedia
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

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

ak = k!/kᵏ
L =
12.Successioni e serieDifficile

f(x) = eˣ è approssimata in x = 0,5 dal suo polinomio di Maclaurin di grado n. Con la maggiorazione di Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! e M = 2, trova il grado minimo n che garantisce un errore inferiore a 1 × 10⁻⁶.

f(x) = eˣx = 0,5M = 2ε = 1 × 10⁻⁶
n =
13.Trasformate di LaplaceMedia
t (s)f(t)t = 2f(2) = ?

Trova f(t) per F(s) = (s + 24)/(s² + 2s + 1) e calcola f(2).

F(s) = (s + 24)/(s² + 2s + 1)t = 2 s
f(2) =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Un sistema obbedisce a y″ + 5y′ + 6y = 6·u(t), con y(0) = 2 e y′(0) = 0. A t = 0 viene applicato un ingresso a gradino u(t) = 4. Usa la trasformata di Laplace per trovare y(0,25).

y″ + 5y′ + 6y = 6·u(t)y(0) = 2y′(0) = 0u(t) = 4t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t12h(t)t37

Il segnale x(t) è non nullo solo tra t = 1 s e t = 2 s, e h(t) solo tra t = 3 s e t = 7 s. Trova l’istante tstart in cui y(t) = x(t) ∗ h(t) inizia.

x: 1 … 2 sh: 3 … 7 s
tstart = s
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
x(t)t (ms)0,5124

Un’onda quadra commuta tra 4 e 0 con periodo T = 1 ms (mezzo periodo per ogni livello). Trova l’ampiezza c5 della sua componente di Fourier a 5000 Hz.

0 … 4T = 1 msf = 5000 Hz
c5 =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: k = 0,08856 min⁻¹

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.

Rapporto delle differenze di temperatura

e−23k = 9/69

Risolvi per k

k = ln(69/9)/23 = 0,08856 min⁻¹

Risposta

k = 0,08856 min⁻¹
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(2) = 1,666

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 = e0,5t
(e0,5ty)′ = 2e−0,5t

Soluzione generale

y = 2/(−0,5)·e−t + C·e−0,5t = −4·e−t + C·e−0,5t

Condizione iniziale

2 = −4 + C → C = 6

Calcola

y(2) = −4·0,1353 + 6·0,3679 = 1,666

Risposta

y(2) = 1,666
3.Matrici e determinanti

Risposta: det A = −38

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 = −20, M₁₂ = 10, M₁₃ = 26

Sviluppo di Laplace

det A = (−1)·(−20) − (−2)·10 + (−3)·26 = −38

Risposta

det A = −38
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = −1,222

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 = 3·5 − (−6)·5 = 45

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = (−5)·5 − (−6)·(−5) = −55
x = −55/45 = −1,222

Risposta

x = −1,222
y = 0,2222
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: W = 120 J

Prodotto scalare: a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, uno scalare. Fornisce l’angolo tra due vettori, cos θ = a·b/(|a|·|b|), ed è nullo quando i vettori sono perpendicolari. La proiezione scalare di a su b è a·b/|b|, e una forza costante F che compie uno spostamento d esegue il lavoro W = F·d.

Spostamento

d = B − A = (2, 0, 1) − (3, 2, −5) = (−1, −2, 6) m

Lavoro

W = F·d = (−30)·(−1) + (−30)·(−2) + 5·6 = 120 J

Risposta

W = 120 J
6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: V = 97

Prodotto vettoriale: a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) è perpendicolare a entrambi i vettori, e |a × b| = |a|·|b|·sin θ è l’area del parallelogramma che essi generano (il triangolo ne ha la metà). L’ordine conta: b × a = −(a × b). Il momento di una forza F applicata nel punto A rispetto al punto O è MO = r × F, con r = A − O.

Prodotto vettoriale b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = 1·4 − 3·(−5) = 19
(b × c)y = bzcx − bxcz = 3·5 − (−3)·4 = 27
(b × c)z = bxcy − bycx = (−3)·(−5) − 1·5 = 10

Prodotto scalare con a

a·(b × c) = (−2)·19 + 5·27 + 0·10 = 97
V = |97| = 97

Risposta

V = 97
7.Integrali

Risposta: I = 3,466

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) = 5·ln x

Valuta agli estremi

I = 5·(ln 2 − ln 1) = 5·ln 2 = 3,466

Risposta

I = 3,466
8.Integrali

Risposta: A = 0,3333

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

2x2 = 2x → x = 0, x = 1

Integra superiore meno inferiore

A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333

Risposta

A = 0,3333
9.Calcolo multivariabile

Risposta: L = 9,15

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(1, 1) = 12
fx = 6x²y² + 10x + 2y → fx(1, 1) = 18
fy = 4x³y + 9y² + 2x → fy(1, 1) = 15

Piano tangente

z = 12 + 18(x − 1) + 15(y − 1)
z = 18x + 15y − 21

Approssimazione lineare

L = 12 + 18·(−0,2) + 15·0,05 = 9,15

Risposta

L = 9,15

Il valore esatto è f = 9,481835; il piano è vicino perché l’incremento è piccolo.

10.Calcolo multivariabile

Risposta: D = −36

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 = −2, fxy = 0

Discriminante

D = 18·(−2) − 0² = −36
→ punto di sella

Risposta

D = −36
11.Successioni e serie

Risposta: L = 0,3679

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| = (k/(k + 1))ᵏ = (1 + 1/k)ᵏ → 1/e

Conclusione

L = 0,3679 < 1

Risposta

L = 0,3679

L < 1, quindi la serie converge.

12.Successioni e serie

Risposta: n = 7

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)!maggiorazione011120,25260,041673240,00520841200,000520857204,34 × 10⁻⁵650403,1 × 10⁻⁶7403201,938 × 10⁻⁷

Maggiorazioni al crescere di n

n = 6: 3,1 × 10⁻⁶ ≥ 1 × 10⁻⁶
n = 7: 1,938 × 10⁻⁷ < 1 × 10⁻⁶

Grado minimo

n = 7

Risposta

n = 7
13.Trasformate di Laplace

Risposta: f(2) = 6,361

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

s + 24 = 1(s + 1) + 23
F(s) = 1/(s + 1) + 23/(s + 1)²

Antitrasformata

f(t) = e−t + 23·t·e−t
f(2) = (1 + 23·2)·e−2 = 6,361

Risposta

f(2) = 6,361
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.25) = 2,25

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 + 5s + 6)·Y(s) = 2s + 10 + 24/s
Y(s) = (2s² + 10s + 24)/(s(s + 2)(s + 3))

Fratti semplici

A = 24/(2·3) = 4
B = 12/((−2)·1) = −6
C = 12/((−3)·(−1)) = 4

Risultato

y(t) = 4 − 6·e−2t + 4·e−3t
y(0,25) = 2,25

Risposta

y(0,25) = 2,25

Controllo: y(0) = A + B + C = 2.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: tstart = 4 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 = 1 + 3 = 4 s
tend = 2 + 7 = 9 s

Risposta

tstart = 4 s

Risposta

tstart = 4 s
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: c5 = 0,5093

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 = 5000/1000 = 5

Ampiezza

c5 = 4·2/(5π) = 0,5093

Risposta

c5 = 0,5093

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