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(1,5) = ?

Risolvi y″ + 6y′ + 9y = 0 con y(0) = 5 e y′(0) = -2. Trova y(1,5).

y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 5y′(0) = -2
y(1.5) =
2.Equazioni differenzialiDifficile
tyy(0) = 3y(0,25) = ?

Risolvi y″ + 4y′ + 8y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = 0 (rilasciato da fermo). Trova y(0,25); angoli in radianti.

y″ + 4y′ + 8y = 0y(0) = 3y′(0) = 0
y(0.25) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =2−260B =−13−6−6

Sia C = AB per le matrici mostrate. Trova l'elemento c11 (riga 1, colonna 1).

A = [2 −2; 6 0]B = [−1 3; −6 −6]
c11 =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =−1−4−5−3b =112

Risolvi il sistema −x − 4y = 1 e −5x − 3y = 12. Trova x.

−x − 4y = 1−5x − 3y = 12
x =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzab

Trova l’angolo θ tra i vettori a = (5, 2, 1) e b = (−2, −2, 3), in gradi.

a = (5, 2, 1)b = (−2, −2, 3)
θ = °
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzrFOA

Una forza F = (20, −40, 40) N agisce nel punto A(4, −2, 1). Le coordinate sono in metri. Trova la componente y My del momento della forza rispetto a il punto O(−1, 1, 1).

F = (20, −40, 40) NA(4, −2, 1) mO(−1, 1, 1) m
My = N·m
7.IntegraliMedia
xy02

Calcola I = ∫02 ex dx.

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

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

y = x2y = x
A =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy−22∇fP

Per f(x, y) = −2xy − x³ − 5y², trova la massima velocità di variazione di f nel punto (−2, 2), cioè |∇f|.

f(x, y) = −2xy − x³ − 5y²P = (−2, 2)
|∇f| =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xy−505−4−202AB

I punti segnati sono i punti critici di f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 4y. Clicca il punto di sella.

f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 4y
  1. 1A (3, −2)
  2. 2B (−3, −2)
11.Successioni e serieMedia
kSn​12345678910S = ?

Trova la somma S = Σk=1∞ 5/(k(k + 1)).

ak = 5/(k(k + 1))
S =
12.Successioni e serieDifficile

f(x) = cos x è approssimata dal suo polinomio di Maclaurin di grado 2 in x = 1. Usa la maggiorazione di Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! con M = 1 per trovare il massimo errore possibile |R₂|.

f(x) = cos xn = 2x = 1M = 1
|R₂| =
13.Trasformate di LaplaceMedia
ReIm−2−4−6−8−10−12−14

F(s) = (3s + 39)/(s² + 11s + 30). La sua antitrasformata ha la forma f(t) = A·e−5t + B·e−6t. Trova il coefficiente A con i fratti semplici.

F(s) = (3s + 39)/(s² + 11s + 30)
A =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

Risolvi y″ + 9y′ + 18y = 0 con y(0) = −9 e y′(0) = −13 usando la trasformata di Laplace, e trova y(0,3).

y″ + 9y′ + 18y = 0y(0) = −9y′(0) = −13t = 0,3 s
y(0.3) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t5h(t)t0,51

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

h(t) = e−2tu(t)x(t) = 5·u(t)t = 0,5 s
y(0.5) =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
δ[n]3+h[n]−0,8·z⁻¹+

Un sistema obbedisce a y[n] = −0,8·y[n − 1] + 3·x[n] e parte a riposo. Trova il campione h[5] della sua risposta impulsiva.

y[n] = −0,8y[n − 1] + 3x[n]x[n] = δ[n]
h[5] =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: y(1.5) = 0,2722

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) = 5
y′(0) = B − 3A → B = -2 + 15 = 13

Calcola

y(1,5) = (5 + 13·1,5)·e−4,5 = 0,2722

Risposta

y(1,5) = 0,2722
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(0.25) = 2,469

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 complesse

r = −2 ± 2j

Costanti

A = 3, B = 2·3/2 = 3

Calcola

y(0,25) = e−0,5(3·cos 0,5 + 3·sin 0,5) = 2,469

Risposta

y(0,25) = 2,469
3.Matrici e determinanti

Risposta: c11 = 10

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

c11 = 2·(−1) + (−2)·(−6) = 10

Risposta

c11 = 10
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = −2,647

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 = (−1)·(−3) − (−4)·(−5) = −17

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = 1·(−3) − (−4)·12 = 45
x = 45/(−17) = −2,647

Risposta

x = −2,647
y = 0,4118
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: θ = 119,1 °

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·(−2) + 2·(−2) + 1·3 = −11

Moduli

|a| = √(5² + 2² + 1²) = 5,477
|b| = √((−2)² + (−2)² + 3²) = 4,123

Angolo

cos θ = −11/(5,477·4,123) = −0,4871
θ = arccos(−0,4871) = 119,1°

Risposta

θ = 119,1°
6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: My = −200 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 = (4, −2, 1) − (−1, 1, 1) = (5, −3, 0) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−3)·40 − 0·(−40) = −120 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 0·20 − 5·40 = −200 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = 5·(−40) − (−3)·20 = −140 N·m

Componente richiesta

My = −200 N·m

Risposta

My = −200 N·m
7.Integrali

Risposta: I = 6,389

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) = ex/1

Valuta agli estremi

I = (e2 − 1)/1 = (7,389 − 1)/1 = 6,389

Risposta

I = 6,389
8.Integrali

Risposta: A = 0,1667

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

x2 = x → x = 0, x = 1

Integra superiore meno inferiore

A = [0,5x2 − 0,3333x3]01 = 0,1667

Risposta

A = 0,1667
9.Calcolo multivariabile

Risposta: |∇f| = 22,63

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 = −2y − 3x² → fx(−2, 2) = −16
fy = −2x − 10y → fy(−2, 2) = −16

Lunghezza del gradiente

|∇f| = √((−16)² + (−16)²) = 22,63

Risposta

|∇f| = 22,63
10.Calcolo multivariabile

Risposta: B (−3, −2)

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 − 27) = 0
fy = −(2y + 4) = 0
(3, −2), (−3, −2)

Test delle derivate seconde

(3, −2): fxx = −18, fyy = −2, fxy = 0, D = 36 → massimo locale
(−3, −2): fxx = 18, fyy = −2, fxy = 0, D = −36 → punto di sella

Il punto

B (−3, −2): punto di sella

Risposta

B (−3, −2)
11.Successioni e serie

Risposta: S = 5

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

5/(k(k + 1)) = 5·(1/k − 1/(k + 1))

Annulla

S = 5·1 = 5

Risposta

S = 5
12.Successioni e serie

Risposta: |R₂| = 0,1667

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 = 1

Maggiorazione di Lagrange

|R₂| ≤ 1·1³/3! = 0,1667

Risposta

|R₂| = 0,1667

L’errore vero è minore: |f(1) − P₂(1)| = 0,0403.

13.Trasformate di Laplace

Risposta: A = 24

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 + 11s + 30 = (s + 5)(s + 6)
F(s) = A/(s + 5) + B/(s + 6)

Regola di copertura

Moltiplica per (s + 5) e poni s = −5: il termine in B si annulla.

A = (3s + 39)/(s + 6) |s = −5 = 24/1 = 24

Risposta

A = 24
(B = −21, quindi f(t) = 24·e−5t − 21·e−6t)
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.3) = −6,876

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 − (−9)s − (−13) + 9(sY − (−9)) + 18Y = 0
Y(s) = (−9s − 94)/((s + 3)(s + 6))

Fratti semplici

A = −67/3 = −22,33
B = −40/(−3) = 13,33

Risultato

y(t) = −22,33·e−3t + 13,33·e−6t
y(0,3) = −6,876

Risposta

y(0,3) = −6,876

Controllo: y(0) = A + B = −9.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y(0.5) = 1,58

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) = 5·∫₀ᵗ e−2τ dτ = (5/2)·(1 − e−2t)

Calcola

y(0,5) = 2,5·(1 − e−1) = 1,58

Risposta

y(0,5) = 1,58
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: h[5] = −0,983

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

h[0] = 3
h[1] = −2,4
h[2] = 1,92
h[3] = −1,536
h[4] = 1,229
h[5] = −0,983

Risultato

h[5] = 3·(−0,8)5 = −0,983

Risposta

h[5] = −0,983

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