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)37Ta​T = ?

Un pezzo d’acciaio forgiato a 460 °C viene lasciato raffreddare in un’officina a 29 °C. Segue la legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Con k = 0,01 min⁻¹, trova la sua temperatura T dopo 37 min.

T0 = 460 °CTa = 29 °Ck = 0,01 min⁻¹t = 37 min
T = °C
2.Equazioni differenzialiDifficile
t (min)m (kg)t = ?15 kg

Un serbatoio contiene 200 L di acqua pura. Una salamoia con 0,25 kg di sale per litro entra a 2 L/min, e la soluzione ben miscelata esce con la stessa portata. Dopo quanti minuti t il serbatoio contiene 15 kg di sale?

V = 200 Lm0 = 0 kgc = 0,25 kg/Lr = 2 L/min
t = min
3.Matrici e determinantiMedia
A =2−321−24−454

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

A = [2 −3 2; 1 −2 4; −4 5 4]
det A =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =−6−36−4b =1211

Risolvi il sistema −6x − 3y = 12 e 6x − 4y = 11. Trova x.

−6x − 3y = 126x − 4y = 11
x =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzab

Trova il valore di k per cui i vettori a = (4, −2, 1) e b = (k, 3, −2) sono perpendicolari.

a = (4, −2, 1)b = (k, 3, −2)
k =
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzab

Trova l’area A del parallelogramma generato da a = (2, 6, −3) e b = (5, −6, 0).

a = (2, 6, −3)b = (5, −6, 0)
A =
7.IntegraliMedia
xy02

Calcola I = ∫02 2x·(x² + 1)3 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 2]
I =
8.IntegraliDifficile
xy1y = 3xy = 3x²

La regione tra la retta y = 3x e la parabola y = 3x² viene ruotata attorno all’asse x. Trova il volume V del solido.

y = 3xy = 3x²
V =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy−1−1∇fP

Per f(x, y) = −3x²y³ + 4x³ + 4y² + xy, trova la massima velocità di variazione di f nel punto (−1, −1), cioè |∇f|.

f(x, y) = −3x²y³ + 4x³ + 4y² + xyP = (−1, −1)
|∇f| =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xyx = 1y = 0,5x10,5

Calcola I = ∬T (3x − y) dA sul triangolo T delimitato da y = 0, x = 1 e y = 0,5x.

f = 3x − y0 ≤ x ≤ 10 ≤ y ≤ 0,5x
I =
11.Successioni e serieMedia
AΣ ln k / kk = 1 … ∞BΣ 1/(k² + 1)k = 1 … ∞CΣ (−1)ᵏ/√kk = 1 … ∞DΣ 5/k³k = 1 … ∞

Esattamente una delle quattro serie diverge. Cliccala.

A: Σ ln k / kB: Σ 1/(k² + 1)C: Σ (−1)ᵏ/√kD: Σ 5/k³
  1. 1A: Σ ln k / k
  2. 2B: Σ 1/(k² + 1)
  3. 3C: Σ (−1)ᵏ/√k
  4. 4D: Σ 5/k³
12.Successioni e serieDifficile

f(x) = cos x 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 = 1, trova il grado minimo n che garantisce un errore inferiore a 1 × 10⁻⁵.

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

Trova f(t) per F(s) = (3s + 23)/(s² + 6s + 9) e calcola f(0,6).

F(s) = (3s + 23)/(s² + 6s + 9)t = 0,6 s
f(0.6) =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Risolvi y″ + 11y′ + 30y = 0 con y(0) = −3 e y′(0) = −4 usando la trasformata di Laplace, e trova y(0,2).

y″ + 11y′ + 30y = 0y(0) = −3y′(0) = −4t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t2h(t)t1

L’ingresso x(t) = 2·e−4tu(t) è applicato a un sistema con h(t) = e−0,5tu(t). Trova l’uscita y(0,25) in t = 0,25 s.

x(t) = 2·e−4tu(t)h(t) = e−0,5tu(t)t = 0,25 s
y(0.25) =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
10cos(10t)h(t) = 5e−5t​u(t)y(t)

L’ingresso x(t) = 10·cos(10t) è applicato a un sistema con h(t) = 5·e−5tu(t). Trova l’ampiezza Ym dell’uscita a regime.

h(t) = 5e−5tu(t)x(t) = 10cos(10t)
Ym =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: T = 326,7 °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) = 29 + 431·e−0,01t

Sostituisci t

T(37) = 29 + 431·0,6907 = 326,7 °C

Risposta

T = 326,7 °C
2.Equazioni differenziali

Risposta: t = 35,67 min

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.

Risultato

m(t) = 50 + (−50)·e−t/100

Risolvi per t

e−t/100 = (50 − 15)/(50 − 0) = 0,7
t = 100·ln(1,429) = 35,67 min

Risposta

t = 35,67 min
3.Matrici e determinanti

Risposta: det A = −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.

Minori 2×2 della prima riga

M₁₁ = −28, M₁₂ = 20, M₁₃ = −3

Sviluppo di Laplace

det A = 2·(−28) − (−3)·20 + 2·(−3) = −2

Risposta

det A = −2
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = −0,3571

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 = (−6)·(−4) − (−3)·6 = 42

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = 12·(−4) − (−3)·11 = −15
x = −15/42 = −0,3571

Risposta

x = −0,3571
y = −3,286
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: k = 2

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.

Il prodotto scalare è uguale a zero

a·b = 4·k + (−2)·3 + 1·(−2) = 0
−8 + 4·k = 0

Risolvi per k

k = −(−8)/4 = 2

Risposta

k = 2
6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: A = 48,09

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 = 6·0 − (−3)·(−6) = −18
(a × b)y = azbx − axbz = (−3)·5 − 2·0 = −15
(a × b)z = axby − aybx = 2·(−6) − 6·5 = −42

Area

A = |a × b| = √((−18)² + (−15)² + (−42)²) = 48,09

Risposta

A = 48,09
7.Integrali

Risposta: I = 156

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.

Sostituzione

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u3 du

Integra e valuta

I = [u4/4]15 = (625 − 1)/4 = 156

Risposta

I = 156
8.Integrali

Risposta: V = 3,77

Volumi di rotazione: ruotando attorno all’asse x la regione sotto y = f(x) da x = a a x = b si ottiene un solido la cui sezione in x è un disco di raggio f(x). Sommando i dischi si ha V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Quando la regione sta tra una curva esterna R(x) e una interna r(x), ogni fetta è una rondella: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Eleva al quadrato i raggi prima di sottrarli.

Punti di intersezione

3x = 3x² → x = 0, x = 1

Metodo delle rondelle

V = π∫₀1 ((3x)² − (3x²)²) dx

Integra

V = π(9·1³/3 − 9·1⁵/5) = π·1,2 = 3,77

Risposta

V = 3,77
9.Calcolo multivariabile

Risposta: |∇f| = 18,68

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 = −6xy³ + 12x² + y → fx(−1, −1) = 5
fy = −9x²y² + 8y + x → fy(−1, −1) = −18

Lunghezza del gradiente

|∇f| = √(5² + (−18)²) = 18,68

Risposta

|∇f| = 18,68
10.Calcolo multivariabile

Risposta: I = 0,4583

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).

Limiti

0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0,5x

Integrale interno

∫00,5x (3x − y) dy = 3x·0,5x − (0,5x)²/2 = 1,375x²

Integrale esterno

I = 1,375·1³/3 = 0,4583

Risposta

I = 0,4583
11.Successioni e serie

Risposta: A: Σ ln k / k

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.

Verifica ogni serie

A: Σ ln k / k → Maggiore di 1/k per k ≥ 3: diverge per confronto con la serie armonica.
B: Σ 1/(k² + 1) → Minore di 1/k², una serie armonica generalizzata convergente: converge per confronto.
C: Σ (−1)ᵏ/√k → A segni alterni, con 1/√k decrescente a 0: converge (condizionatamente).
D: Σ 5/k³ → Serie armonica generalizzata con p = 3 > 1: converge.

La risposta

A: Σ ln k / k

Risposta

A: Σ ln k / k
12.Successioni e serie

Risposta: n = 6

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)!maggiorazione010,5120,125260,020833240,00260441200,000260457202,17 × 10⁻⁵650401,55 × 10⁻⁶

Maggiorazioni al crescere di n

n = 5: 2,17 × 10⁻⁵ ≥ 1 × 10⁻⁵
n = 6: 1,55 × 10⁻⁶ < 1 × 10⁻⁵

Grado minimo

n = 6

Risposta

n = 6
13.Trasformate di Laplace

Risposta: f(0.6) = 1,884

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 + 6s + 9 = (s + 3)²

Fratti semplici

3s + 23 = 3(s + 3) + 14
F(s) = 3/(s + 3) + 14/(s + 3)²

Antitrasformata

f(t) = 3·e−3t + 14·t·e−3t
f(0,6) = (3 + 14·0,6)·e−3·0,6 = 1,884

Risposta

f(0,6) = 1,884
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.2) = −2,371

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 − (−3)s − (−4) + 11(sY − (−3)) + 30Y = 0
Y(s) = (−3s − 37)/((s + 5)(s + 6))

Fratti semplici

A = −22/1 = −22
B = −19/(−1) = 19

Risultato

y(t) = −22·e−5t + 19·e−6t
y(0,2) = −2,371

Risposta

y(0,2) = −2,371

Controllo: y(0) = A + B = −3.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y(0.25) = 0,2941

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−0,5t∫₀ᵗ e−(4 − 0,5)τ dτ = 2(e−0,5t − e−4t)/(3,5)

Calcola

y(0,25) = 2·(0,8825 − 0,3679)/(3,5) = 0,2941

Risposta

y(0,25) = 0,2941
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: Ym = 4,472

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)|.

Risposta in frequenza

H(jω) = 5/(5 + jω)

Guadagno alla frequenza dell’ingresso

|H(j10)| = 5/√(5² + 10²) = 0,4472
Ym = 10·0,4472 = 4,472

Risposta

Ym = 4,472

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