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″ + 4y′ + 4y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = -1. Trova y(1).

y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 3y′(0) = -1
y(1) =
2.Equazioni differenzialiDifficile
tyK = 2ymax​ = ?

Un sistema obbedisce a y″ + 4y′ + 20y = 40 per t ≥ 0, partendo da fermo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Trova il valore di picco ymax della sua risposta al gradino.

y″ + 4y′ + 20y = 40y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.Matrici e determinantiMedia
A =40−10−43521

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

A = [4 0 −1; 0 −4 3; 5 2 1]
det A =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =−36−3−2b =3−7

Risolvi il sistema −3x + 6y = 3 e −3x − 2y = −7. Trova x.

−3x + 6y = 3−3x − 2y = −7
x =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzab

Trova la proiezione scalare compb a di a = (−3, −5, −1) su b = (1, −3, 6), cioè la componente di a nella direzione di b.

a = (−3, −5, −1)b = (1, −3, 6)
compb a =
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzrFOA

Una forza F = (30, 20, 40) N agisce nel punto A(−2, 3, −1). Le coordinate sono in metri. Trova la componente y My del momento della forza rispetto a l’origine O(0, 0, 0).

F = (30, 20, 40) NA(−2, 3, −1) mO(0, 0, 0) m
My = N·m
7.IntegraliMedia
xy01

Calcola I = ∫01 e−x dx.

f(x) = e−x[0, 1]
I =
8.IntegraliDifficile
xy−33

Trova l'area A della regione tra la parabola y = 9 − x² e l'asse x.

y = 9 − x²
A =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy0246−4−202vP

Per f(x, y) = −4x³y − x² + 2y³ − xy, trova la derivata direzionale Duf in (2, −2) nella direzione di v = (4, 4).

f(x, y) = −4x³y − x² + 2y³ − xyP = (2, −2)v = (4, 4)
Duf =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xy0202(0, 0)(2, 2)

Trova i punti critici di f(x, y) = x³ + y³ − 6xy, classificali e dai il valore fmin di f nel suo minimo locale.

f(x, y) = x³ + y³ − 6xy
fmin =
11.Successioni e serieMedia
kSn​12345678910S = ?

Trova la somma S = Σk=1∞ 12/(k(k + 3)).

ak = 12/(k(k + 3))
S =
12.Successioni e serieDifficile

f(x) = sin 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 0,0005.

f(x) = sin xx = 1,5M = 1ε = 0,0005
n =
13.Trasformate di LaplaceMedia
t (s)f(t)t = 0,5f(0,5) = ?

Trova f(t) per F(s) = (3s + 26)/(s² + 2s + 1) e calcola f(0,5).

F(s) = (3s + 26)/(s² + 2s + 1)t = 0,5 s
f(0.5) =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 1,2y(1,2) = ?

Un sistema obbedisce a y″ + 3y′ + 2y = 10·u(t). Parte da fermo (y(0) = 0, y′(0) = 0) e l’ingresso è un gradino u(t) = 5 per t ≥ 0. Usa la trasformata di Laplace per trovare l’uscita y(1,2).

y″ + 3y′ + 2y = 10·u(t)u(t) = 5y(0) = 0, y′(0) = 0t = 1,2 s
y(1.2) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t2h(t)t1

L’ingresso x(t) = 2·e−2tu(t) è applicato a un sistema con h(t) = e−4tu(t). Trova l’uscita y(2) in t = 2 s.

x(t) = 2·e−2tu(t)h(t) = e−4tu(t)t = 2 s
y(2) =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
x(t)t (ms)12410−10

Un’onda quadra commuta tra +10 e −10 con periodo T = 2 ms (mezzo periodo per ogni livello). Trova l’ampiezza c3 della sua componente di Fourier a 1500 Hz.

±10T = 2 msf = 1500 Hz
c3 =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: y(1) = 1,083

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 + 2)² = 0 → r = −2

Costanti

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 2A → B = -1 + 6 = 5

Calcola

y(1) = (3 + 5·1)·e−2 = 1,083

Risposta

y(1) = 1,083
2.Equazioni differenziali

Risposta: ymax = 2,416

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.

Valore a regime e radici

yss = 2, r = −2 ± 4j

Costanti dai valori iniziali

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −2A + 4B = 0 → B = −1

Picco

t = π/4 = 0,7854
ymax = 2·(1 + e−2·π/4) = 2,416

Risposta

ymax = 2,416
3.Matrici e determinanti

Risposta: det A = −60

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 = −10, M₁₂ = −15, M₁₃ = 20

Sviluppo di Laplace

det A = 4·(−10) − 0·(−15) + (−1)·20 = −60

Risposta

det A = −60
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = 1,5

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)·(−2) − 6·(−3) = 24

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = 3·(−2) − 6·(−7) = 36
x = 36/24 = 1,5

Risposta

x = 1,5
y = 1,25
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: compb a = 0,8847

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 = (−3)·1 + (−5)·(−3) + (−1)·6 = 6

Lunghezza di b

|b| = √(1² + (−3)² + 6²) = 6,782

Proiezione scalare

compb a = a·b/|b| = 6/6,782 = 0,8847

Risposta

compb a = 0,8847
6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: My = 50 N·m

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.

Vettore posizione da O ad A

r = A − O = (−2, 3, −1) − (0, 0, 0) = (−2, 3, −1) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 3·40 − (−1)·20 = 140 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−1)·30 − (−2)·40 = 50 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−2)·20 − 3·30 = −130 N·m

Componente richiesta

My = 50 N·m

Risposta

My = 50 N·m
7.Integrali

Risposta: I = 0,6321

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) = e−x/(−1)

Valuta agli estremi

I = (e−1 − 1)/(−1) = (0,3679 − 1)/(−1) = 0,6321

Risposta

I = 0,6321
8.Integrali

Risposta: A = 36

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.

Zeri

9 − x² = 0 → x = ±3

Integra

A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36

Risposta

A = 36
9.Calcolo multivariabile

Risposta: Duf = 59,4

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.

Gradiente nel punto

fx = −12x²y − 2x − y → fx(2, −2) = 94
fy = −4x³ + 6y² − x → fy(2, −2) = −10

Versore

|v| = √(4² + 4²) = 5,657
u = (0,7071, 0,7071)

Prodotto scalare

Duf = 94·0,7071 + (−10)·0,7071 = 59,4

Risposta

Duf = 59,4
10.Calcolo multivariabile

Risposta: fmin = −8

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 − 6y = 0
fy = 3y² − 6x = 0
(0, 0), (2, 2)

Test delle derivate seconde

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −6, D = −36 → punto di sella
(2, 2): fxx = 12, fyy = 12, fxy = −6, D = 108 → minimo locale

Valore nell’estremo

f(2, 2) = −8

Risposta

fmin = −8
11.Successioni e serie

Risposta: S = 7,333

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

12/(k(k + 3)) = (12/3)·(1/k − 1/(k + 3))

Annulla

S = (12/3)·(1 + 1/2 + 1/3) = 7,333

Risposta

S = 7,333
12.Successioni e serie

Risposta: n = 8

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)!maggiorazione011,5121,125260,56253240,210941200,0632857200,01582650400,003397403200,000635683628800,0001059

Maggiorazioni al crescere di n

n = 7: 0,0006356 ≥ 0,0005
n = 8: 0,0001059 < 0,0005

Grado minimo

n = 8

Risposta

n = 8
13.Trasformate di Laplace

Risposta: f(0.5) = 8,795

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 + 26 = 3(s + 1) + 23
F(s) = 3/(s + 1) + 23/(s + 1)²

Antitrasformata

f(t) = 3·e−t + 23·t·e−t
f(0,5) = (3 + 23·0,5)·e−0,5 = 8,795

Risposta

f(0,5) = 8,795
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(1.2) = 12,21

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

Y(s) = 50/(s(s + 1)(s + 2))

Fratti semplici

A = 50/(1·2) = 25
B = 50/((−1)·1) = −50
C = 50/((−2)·(−1)) = 25

Uscite

y(t) = 25 − 50·e−t + 25·e−2t
y(1,2) = 12,21

Risposta

y(1,2) = 12,21
15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y(2) = 0,01798

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).

Integrale di convoluzione

y(t) = 2e−4t∫₀ᵗ e−(2 − 4)τ dτ = 2(e−4t − e−2t)/(−2)

Calcola

y(2) = 2·(0,0003355 − 0,01832)/(−2) = 0,01798

Risposta

y(2) = 0,01798
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: c3 = 4,244

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 = 500 Hz → k = 1500/500 = 3

Ampiezza

c3 = 4·10/(3π) = 4,244

Risposta

c3 = 4,244

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