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(0,5) = ?

Risolvi y″ + 3y′ + 2y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = 6. Trova y(0,5).

y″ + 3y′ + 2y = 0y(0) = 3y′(0) = 6
y(0.5) =
2.Equazioni differenzialiDifficile
tyK = 5y(1) = ?

Un sistema obbedisce a y″ + 3y′ + 11,25y = 56,25 per t ≥ 0, partendo da fermo: y(0) = 0, y′(0) = 0. Trova y(1); angoli in radianti.

y″ + 3y′ + 11,25y = 56,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(1) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =−412−23−31−54

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

A = [−4 1 2; −2 3 −3; 1 −5 4]
det A =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =46−8−10

Trova l'autovalore maggiore λ della matrice A mostrata.

A = [4 6; −8 −10]
λ =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzab

Trova l’angolo θ tra i vettori a = (5, 3, −3) e b = (−6, 5, 2), in gradi.

a = (5, 3, −3)b = (−6, 5, 2)
θ = °
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzab

Trova l’area A del parallelogramma generato da a = (0, −4, 5) e b = (−2, 2, 4).

a = (0, −4, 5)b = (−2, 2, 4)
A =
7.IntegraliMedia
xy14

Calcola I = ∫14 4/x dx.

f(x) = 4/x[1, 4]
I =
8.IntegraliDifficile
xyy = 2x2​y = 3x

Trova l'area A della regione delimitata da y = 2x2 e y = 3x.

y = 2x2y = 3x
A =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy−202024vP

Per f(x, y) = −y·exy, trova la derivata direzionale Duf in (0,5, 1) nella direzione di v = (−3, 3).

f(x, y) = −y·exyP = (0,5, 1)v = (−3, 3)
Duf =
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 fmin di f nel suo minimo locale.

f(x, y) = x³ − 3x + y² − 4y
fmin =
11.Successioni e serieMedia
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Applica il criterio del rapporto a Σk=1∞ (k!)²·5ᵏ/(2k)!. Trova L = lim |ak+1/ak|.

ak = (k!)²·5ᵏ/(2k)!
L =
12.Successioni e serieDifficile

f(x) = eˣ è approssimata in x = 1 dal suo polinomio di Maclaurin di grado n. Con la maggiorazione di Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! e M = 3, trova il grado minimo n che garantisce un errore inferiore a 0,0001.

f(x) = eˣx = 1M = 3ε = 0,0001
n =
13.Trasformate di LaplaceMedia
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−81

F(s) = (6s + 34)/(s² + 9s + 14). La sua antitrasformata ha la forma f(t) = A·e−2t + B·e−7t. Trova il coefficiente A con i fratti semplici.

F(s) = (6s + 34)/(s² + 9s + 14)
A =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Risolvi y″ + 9y′ + 20y = 0 con y(0) = 7 e y′(0) = 6 usando la trasformata di Laplace, e trova y(0,25).

y″ + 9y′ + 20y = 0y(0) = 7y′(0) = 6t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t14h(t)t13

Il segnale x(t) è non nullo solo tra t = 1 s e t = 4 s, e h(t) solo tra t = 1 s e t = 3 s. Trova l’istante tstart in cui y(t) = x(t) ∗ h(t) inizia.

x: 1 … 4 sh: 1 … 3 s
tstart = s
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
u[n]4+y[n]0,9·z⁻¹+

Un sistema obbedisce a y[n] = 0,9·y[n − 1] + 4·x[n] e parte a riposo. L’ingresso è il gradino unitario x[n] = u[n]. Trova y[3].

y[n] = 0,9y[n − 1] + 4x[n]x[n] = u[n]
y[3] =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: y(0.5) = 3,967

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 + 1)(r + 2) = 0 → r = −1, −2

Costanti dai valori iniziali

A + B = 3, −1A − 2B = 6
A = 12, B = −9

Calcola

y(0,5) = 12·e−0,5 + (−9)·e−1 = 3,967

Risposta

y(0,5) = 3,967
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(1) = 6,026

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 = 5, r = −1,5 ± 3j

Costanti dai valori iniziali

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

Calcola

y(1) = 5·(1 − e−1,5(cos 3 + 0,5·sin 3)) = 6,026

Risposta

y(1) = 6,026
3.Matrici e determinanti

Risposta: det A = 31

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 = 7

Sviluppo di Laplace

det A = (−4)·(−3) − 1·(−5) + 2·7 = 31

Risposta

det A = 31
4.Matrici e determinanti

Risposta: λ = −2

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 + (8) = 0

Risolvi

λ = (−6 ± √(4))/2 → λ = −4, −2
λ = −2

Risposta

λ = −2
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: θ = 113,4 °

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 = 5·(−6) + 3·5 + (−3)·2 = −21

Moduli

|a| = √(5² + 3² + (−3)²) = 6,557
|b| = √((−6)² + 5² + 2²) = 8,062

Angolo

cos θ = −21/(6,557·8,062) = −0,3972
θ = arccos(−0,3972) = 113,4°

Risposta

θ = 113,4°
6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: A = 28,98

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 = (−4)·4 − 5·2 = −26
(a × b)y = azbx − axbz = 5·(−2) − 0·4 = −10
(a × b)z = axby − aybx = 0·2 − (−4)·(−2) = −8

Area

A = |a × b| = √((−26)² + (−10)² + (−8)²) = 28,98

Risposta

A = 28,98
7.Integrali

Risposta: I = 5,545

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 1) = 4·ln 4 = 5,545

Risposta

I = 5,545
8.Integrali

Risposta: A = 1,125

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 = 3x → x = 0, x = 1,5

Integra superiore meno inferiore

A = [1,5x2 − 0,6667x3]01,5 = 1,125

Risposta

A = 1,125
9.Calcolo multivariabile

Risposta: Duf = −0,5829

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 = −y²exy → fx(0,5, 1) = −1,649
fy = −exy(1 + xy) → fy(0,5, 1) = −2,473

Versore

|v| = √((−3)² + 3²) = 4,243
u = (−0,7071, 0,7071)

Prodotto scalare

Duf = (−1,649)·(−0,7071) + (−2,473)·0,7071 = −0,5829

Risposta

Duf = −0,5829
10.Calcolo multivariabile

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

Valore nell’estremo

f(1, 2) = −6

Risposta

fmin = −6
11.Successioni e serie

Risposta: L = 1,25

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| = 5·(k + 1)²/((2k + 2)(2k + 1)) → 5/4

Conclusione

L = 1,25 > 1

Risposta

L = 1,25

L > 1, quindi la serie diverge.

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)!maggiorazione013121,5260,53240,12541200,02557200,004167650400,00059527403207,44 × 10⁻⁵

Maggiorazioni al crescere di n

n = 6: 0,0005952 ≥ 0,0001
n = 7: 7,44 × 10⁻⁵ < 0,0001

Grado minimo

n = 7

Risposta

n = 7
13.Trasformate di Laplace

Risposta: A = 4,4

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).

Scomponi il denominatore

s² + 9s + 14 = (s + 2)(s + 7)
F(s) = A/(s + 2) + B/(s + 7)

Regola di copertura

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

A = (6s + 34)/(s + 7) |s = −2 = 22/5 = 4,4

Risposta

A = 4,4
(B = 1,6, quindi f(t) = 4,4·e−2t + 1,6·e−7t)
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.25) = 5,342

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 − 6 + 9(sY − 7) + 20Y = 0
Y(s) = (7s + 69)/((s + 4)(s + 5))

Fratti semplici

A = 41/1 = 41
B = 34/(−1) = −34

Risultato

y(t) = 41·e−4t − 34·e−5t
y(0,25) = 5,342

Risposta

y(0,25) = 5,342

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

15.Convoluzione e sistemi LTI

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

Risposta

tstart = 2 s

Risposta

tstart = 2 s
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y[3] = 13,76

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)|.

Itera

y[0] = 4
y[1] = 7,6
y[2] = 10,84
y[3] = 13,76

Risultato

y[3] = 4·(1 − (0,9)4)/(1 − 0,9) = 13,76

Risposta

y[3] = 13,76

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