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)48Ta​T = ?

Un pezzo d’acciaio forgiato a 420 °C viene lasciato raffreddare in un’officina a 30 °C. Segue la legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Con k = 0,03 min⁻¹, trova la sua temperatura T dopo 48 min.

T0 = 420 °CTa = 30 °Ck = 0,03 min⁻¹t = 48 min
T = °C
2.Equazioni differenzialiDifficile
tyy(0) = 2y(0,75) = ?

Risolvi y″ + y′ + 4,25y = 0 con y(0) = 2 e y′(0) = 0 (rilasciato da fermo). Trova y(0,75); angoli in radianti.

y″ + y′ + 4,25y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(0.75) =
3.Matrici e determinantiMedia
A =660−6B =4602

Sia C = AB per le matrici mostrate. Trova l'elemento c22 (riga 2, colonna 2).

A = [6 6; 0 −6]B = [4 6; 0 2]
c22 =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =2−2−5−2b =810

Risolvi il sistema 2x − 2y = 8 e −5x − 2y = 10. Trova x.

2x − 2y = 8−5x − 2y = 10
x =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzab

Trova il prodotto scalare a·b di a = (−2, −2, 0) e b = (−7, −1, 3).

a = (−2, −2, 0)b = (−7, −1, 3)
a·b =
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzab

Il versore n̂ è perpendicolare sia a a = (1, −3, 3) sia a b = (−1, 0, 5) e ha componente z positiva. Trova la sua componente y n̂y.

a = (1, −3, 3)b = (−1, 0, 5)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegraliMedia
xy210

Calcola I = ∫210 4/x dx.

f(x) = 4/x[2, 10]
I =
8.IntegraliDifficile
xy−22

Trova l'area A della regione tra la parabola y = 4 − x² e l'asse x.

y = 4 − x²
A =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy1−1P

Usa il piano tangente di f(x, y) = 3x²e3y in (1, −1) per approssimare f(1,1, −0,9). Dai l’approssimazione lineare L.

f(x, y) = 3x²e3y(a, b) = (1, −1)(x, y) = (1,1, −0,9)
L =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xy−202−202(0, 0)(1, 1)(−1, −1)

Trova i punti critici di f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy, classificali e dai il valore fmin di f nel suo minimo locale.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy
fmin =
11.Successioni e serieMedia
xx₀ = 2??R

La serie di potenze Σk=1∞ k!·(x − 2)ᵏ/kᵏ converge in un intervallo attorno a x₀ = 2. Trova l’estremo destro x di quell’intervallo.

Σ k!·(x − 2)ᵏ/kᵏx₀ = 2
x =
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
ReIm−112

Trova f(t) per F(s) = 24/(s² + 2s + 5) completando il quadrato, e calcola f(0,2).

F(s) = 24/(s² + 2s + 5)t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Risolvi y″ + 11y′ + 30y = 0 con y(0) = 8 e y′(0) = −3 usando la trasformata di Laplace, e trova y(0,2).

y″ + 11y′ + 30y = 0y(0) = 8y′(0) = −3t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t0,510h(t)t1

L’impulso x(t) = 10 per 0 ≤ t < 0.5 s (nullo altrove) è applicato a un sistema con h(t) = e−4tu(t). Trova l’uscita y(2) in t = 2 s, dopo che l’impulso è terminato.

x(t) = 10, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−4tu(t)t = 2 s
y(2) =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
x(t)t (ms)0,2122

Un treno di impulsi ha altezza 2, larghezza dell’impulso 0,2 ms e periodo 1 ms. Trova l’ampiezza c2 dell’armonica di ordine 2, a 2000 Hz.

A = 2τ = 0,2 msT = 1 ms
c2 =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: T = 122,4 °C

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.

Soluzione della legge di raffreddamento

T(t) = 30 + 390·e−0,03t

Sostituisci t

T(48) = 30 + 390·0,2369 = 122,4 °C

Risposta

T = 122,4 °C
2.Equazioni differenziali

Risposta: y(0.75) = 0,44

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 = −0,5 ± 2j

Costanti

A = 2, B = 0,5·2/2 = 0,5

Calcola

y(0,75) = e−0,375(2·cos 1,5 + 0,5·sin 1,5) = 0,44

Risposta

y(0,75) = 0,44
3.Matrici e determinanti

Risposta: c22 = −12

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

c22 = 0·6 + (−6)·2 = −12

Risposta

c22 = −12
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = −0,2857

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·(−2) − (−2)·(−5) = −14

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = 8·(−2) − (−2)·10 = 4
x = 4/(−14) = −0,2857

Risposta

x = −0,2857
y = −4,286
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: a·b = 16

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.

Moltiplica le componenti corrispondenti e somma

a·b = (−2)·(−7) + (−2)·(−1) + 0·3 = 14 + 2 + 0 = 16

Risposta

a·b = 16

Positivo: l’angolo tra i vettori è minore di 90°.

6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: n̂y = 0,4634

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 = (−3)·5 − 3·0 = −15
(a × b)y = azbx − axbz = 3·(−1) − 1·5 = −8
(a × b)z = axby − aybx = 1·0 − (−3)·(−1) = −3

Normalizza

La componente z di a × b è negativa, quindi usa −(a × b).

|a × b| = √((−15)² + (−8)² + (−3)²) = 17,26
n̂ = −(−15, −8, −3)/17,26 = (0,8689, 0,4634, 0,1738)
n̂y = 0,4634

Risposta

n̂y = 0,4634
7.Integrali

Risposta: I = 6,438

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 10 − ln 2) = 4·ln 5 = 6,438

Risposta

I = 6,438
8.Integrali

Risposta: A = 10,67

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

4 − x² = 0 → x = ±2

Integra

A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67

Risposta

A = 10,67
9.Calcolo multivariabile

Risposta: L = 0,224

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) = 0,1494
fx = 6xe3y → fx(1, −1) = 0,2987
fy = 9x²e3y → fy(1, −1) = 0,4481

Piano tangente

z = 0,1494 + 0,2987(x − 1) + 0,4481(y + 1)
z = 0,2987x + 0,4481y + 0,2987

Approssimazione lineare

L = 0,1494 + 0,2987·0,1 + 0,4481·0,1 = 0,224

Risposta

L = 0,224

Il valore esatto è f = 0,243956; il piano è vicino perché l’incremento è piccolo.

10.Calcolo multivariabile

Risposta: fmin = −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 = 4x³ − 4y = 0
fy = 4y³ − 4x = 0
(0, 0), (1, 1), (−1, −1)

Test delle derivate seconde

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −4, D = −16 → punto di sella
(1, 1): fxx = 12, fyy = 12, fxy = −4, D = 128 → minimo locale
(−1, −1): fxx = 12, fyy = 12, fxy = −4, D = 128 → minimo locale

Valore nell’estremo

f(1, 1) = −2

Risposta

fmin = −2
11.Successioni e serie

Risposta: x = 4,718

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.

Coefficienti

ck/ck+1 = (1 + 1/k)ᵏ → e

Raggio

R = 2,718

Intervallo

−0,7183 < x < 4,718
x = 4,718

Risposta

x = 4,718

Il criterio del rapporto non dice nulla nei due estremi; vanno verificati separatamente.

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(0.2) = 3,826

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).

Completa il quadrato

s² + 2s + 5 = (s + 1)² + 4 = (s + 1)² + 2²

Fai corrispondere il numeratore

F(s) = (24/2)·2/((s + 1)² + 2²)

Antitrasformata

f(t) = e−t·(12·sin 2t)
f(0,2) = e−0,2·(12·sin(2·0,2)) = 3,826

Risposta

f(0,2) = 3,826
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.2) = 5,41

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 − 8s − (−3) + 11(sY − 8) + 30Y = 0
Y(s) = (8s + 85)/((s + 5)(s + 6))

Fratti semplici

A = 45/1 = 45
B = 37/(−1) = −37

Risultato

y(t) = 45·e−5t − 37·e−6t
y(0,2) = 5,41

Risposta

y(0,2) = 5,41

Controllo: y(0) = A + B = 8.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y(2) = 0,005358

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).

Uscita alla fine dell’impulso

y(0,5) = (10/4)(1 − e−2) = 2,162

Decadimento dopo l’impulso

y(2) = 2,162·e−4·1,5 = 0,005358

Risposta

y(2) = 0,005358
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: c2 = 0,6055

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)|.

Rapporto di lavoro

D = 0,2/1 = 0,2

Ampiezza dell’armonica

c2 = (2·2/(2π))·|sin(2π·0,2)| = 0,6055

Risposta

c2 = 0,6055

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