Matemática para Engenharia 2: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 16 exercícios, com soluções completas no final.

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1Fórmulas e métodos

Equações diferenciais

Crescimento/decaimento exponencial
dy/dt = ky → y = y0ekt
Meia-vida
k = ln 2 / t½
Lei de resfriamento de Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Fator integrante
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Tanque de mistura
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Matrizes e determinantes

determinante 2×2
det = ad − bc
Inversa 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Produto
(AB)ij = Σk AikBkj
Valores próprios
det(A − λI) = 0
Regra de Cramer
xi = det(Ai)/det(A)

Vetores: produto escalar e vetorial

Módulo
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vetor unitário
û = a/|a|
Componentes a partir de um ângulo
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Produto escalar
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Projeção escalar de a sobre b
a·b/|b|
Trabalho
W = F·d
Produto vetorial
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Áreas
paralelogramo |a × b|, triângulo ½|a × b|
Momento em relação a O
MO = r × F, r = A − O
Volume de um paralelepípedo
V = |a·(b × c)|

Método

  1. Escreva todo vetor em componentes; para uma força dada por um módulo e um ângulo, use F·cos θ e F·sin θ.
  2. Para comprimentos e direções use o módulo √(x² + y² + z²) e o vetor unitário a/|a|.
  3. Use o produto escalar para ângulos, projeções, perpendicularidade e trabalho: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Use o produto vetorial para vetores perpendiculares, áreas e momentos: escreva as três componentes com cuidado, mantendo a ordem a × b.

Integrais

Regra da potência
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integral definida
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integrais comuns
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Área entre curvas
∫ab (f − g) dx

Método

  1. Reescreva o integrando como uma soma de termos simples sempre que possível.
  2. Aplique a regra da potência: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), e as integrais padrão para ex, 1/x, sen e cos.
  3. Use substituição quando vir uma função e sua derivada juntas.
  4. Para uma integral definida, calcule F(b) − F(a).

Cálculo de várias variáveis

Derivadas parciais
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradiente
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Derivada direcional
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Plano tangente
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Regra da cadeia
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Teste da segunda derivada
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Integral dupla
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Coordenadas polares
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Método

  1. Para uma derivada parcial, trate a outra variável como constante e use as regras de uma variável.
  2. Para questões de gradiente calcule ∇f = (fx, fy) no ponto; use |∇f| para a maior inclinação e ∇f·u com um vetor unitário u para uma derivada direcional.
  3. Para extremos resolva fx = 0 e fy = 0 juntos e depois classifique cada ponto com D = fxx·fyy − fxy².
  4. Para uma integral dupla esboce a região, escolha a ordem (ou coordenadas polares para discos) de modo que os limites internos sejam as curvas de contorno, e integre primeiro por dentro.

Sequências e séries

Sequência aritmética
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Sequência geométrica
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Série geométrica infinita
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Série-p
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Teste da razão
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Raio de convergência
R = lim |ck/ck+1|
Polinômio de Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Série de Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Cota de erro de Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Método

  1. Identifique o tipo: aritmética (diferença constante), geométrica (razão constante), uma série padrão, uma série de potências ou um polinômio de Taylor.
  2. Para somas use Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), ou S = a₁/(1 − r) quando |r| < 1, com a₁ o primeiro termo da soma.
  3. Para a convergência: primeiro o teste do n-ésimo termo, depois compare com Σ1/kᵖ ou com uma série geométrica, e use o teste da razão ou da raiz para fatoriais e potências k-ésimas.
  4. Para polinômios de Taylor liste f(a), f′(a), f″(a), …, divida a k-ésima derivada por k! e limite o erro com M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Convolução e sistemas LIT

Convolução discreta
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Convolução contínua
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Comprimento e soma
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Início, fim e área
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Degrau em e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Sistema de primeira ordem
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Recursão de primeira ordem
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Senoide por h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Amplitudes da série de Fourier
quadrada ±A: 4A/(kπ), k ímpar; triangular ±A: 8A/(π²k²), k ímpar; trem de pulsos: A·D e (2A/(kπ))|sen kπD|

Método

  1. Esboce os dois sinais e marque onde cada um é não nulo.
  2. Inverta h e deslize-a: para cada instante de saída, encontre a faixa em que os dois sinais se sobrepõem.
  3. Multiplique e some (discreto) ou multiplique e integre (contínuo) somente sobre essa sobreposição.
  4. Confira o resultado: a saída começa na soma dos instantes iniciais, termina na soma dos instantes finais, e sua área ou soma é o produto das áreas ou somas das entradas.

2Exercícios

1.Equações diferenciaisMédia
t (min)T (°C)57Ta​169 °C262 °C

Uma peça de aço forjado a 480 °C é deixada esfriando em uma oficina a 23 °C. Após 57 min sua temperatura é 169 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo após o início, t, leva para chegar a 262 °C?

T0 = 480 °CTa = 23 °CT(57) = 169 °CT = 262 °C
t = min
2.Equações diferenciaisDifícil
tyK = 5y(0,5) = ?

Um sistema obedece a y″ + 3y′ + 18,25y = 91,25 para t ≥ 0, partindo do repouso: y(0) = 0, y′(0) = 0. Encontre y(0,5); ângulos em radianos.

y″ + 3y′ + 18,25y = 91,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =2−4054−3−520

Calcule o determinante det A da matriz 3×3 A apresentada.

A = [2 −4 0; 5 4 −3; −5 2 0]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =−1−63−1b =−12−5

Resolva o sistema −x − 6y = −12 e 3x − y = −5. Calcule x.

−x − 6y = −123x − y = −5
x =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o ângulo θ entre os vetores a = (1, −1, 3) e b = (−5, −6, 4), em graus.

a = (1, −1, 3)b = (−5, −6, 4)
θ = °
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzab

Para a = (−5, 1, 1) e b = (1, −1, −3), encontre a componente y (a × b)y do produto vetorial a × b.

a = (−5, 1, 1)b = (1, −1, −3)
(a × b)y =
7.IntegraisMédia
xy03

Calcule I = ∫03 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 3]
I =
8.IntegraisDifícil
xy−22

Calcule a área A da região entre a parábola y = 4 − x² e o eixo x.

y = 4 − x²
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy−3−2−101012PQ

Para f(x, y) = 4x³y − 4x² − 5y² − 4xy, encontre a derivada direcional Duf em P(−1, 1) na direção de Q(−2, 1).

f(x, y) = 4x³y − 4x² − 5y² − 4xyP = (−1, 1)Q = (−2, 1)
Duf =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xyx = 4y = x44

Calcule I = ∬T (2x + 4y) dA sobre o triângulo T limitado por y = 0, x = 4 e y = x.

f = 2x + 4y0 ≤ x ≤ 40 ≤ y ≤ x
I =
11.Sequências e sériesMédia
k|aₖ|¹ᐟᵏ123456789101112

Aplique o teste da raiz a Σk=1∞ ((5k + 1)/(3k + 2))ᵏ. Encontre L = lim |ak|1/k.

ak = ((5k + 1)/(3k + 2))ᵏ
L =
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = cos x é aproximada em x = 1 pelo seu polinômio de Maclaurin de grau n. Com a cota de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! e M = 1, encontre o menor grau n que garante um erro abaixo de 0,001.

f(x) = cos xx = 1M = 1ε = 0,001
n =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,25f(0,25) = ?

Encontre f(t) para F(s) = 45/(s(s + 2)(s + 4)) por frações parciais e calcule f(0,25).

F(s) = 45/(s(s + 2)(s + 4))t = 0,25 s
f(0.25) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−0,5−1−1,5−2−2,5−30,51

Um sistema é descrito pela equação diferencial y″ + 5y′ + 6y = 12u, com entrada u(t) e saída y(t). Encontre sua função de transferência G(s) = Y(s)/U(s) (condições iniciais nulas) e calcule a resposta ao impulso g(t) em t = 0,2 s. Encontre g(0,2).

y″ + 5y′ + 6y = 12ut = 0,2 s
g(0.2) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t21h(t)t1

O pulso x(t) = 1 para 0 ≤ t < 2 s (zero fora disso) é aplicado a um sistema com h(t) = e−2tu(t). Encontre a saída y(4) em t = 4 s, depois que o pulso terminou.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 2 sh(t) = e−2tu(t)t = 4 s
y(4) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
5cos(30t)h(t) = 2e−10t​u(t)y(t)

A entrada x(t) = 5·cos(30t) é aplicada a um sistema com h(t) = 2·e−10tu(t). Encontre a fase φ da saída em regime permanente em relação à entrada, em graus.

h(t) = 2e−10tu(t)x(t) = 5cos(30t)
φ = °

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: t = 32,38 min

Equações diferenciais de primeira ordem: dy/dt = k·y tem a solução y = y₀·ekt (crescimento para k > 0, decaimento para k < 0); uma meia-vida T dá k = ln 2/T. A lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), dá T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Uma equação linear y′ + p(x)·y = q(x) é resolvida com o fator integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, então μy = ∫μq dx + C.

Constante de resfriamento

k = ln(457/146)/57 = 0,02002 min⁻¹

Tempo até atingir o valor desejado

t = ln(457/239)/0,02002 = 32,38 min

Resposta

t = 32,38 min
2.Equações diferenciais

Resposta: y(0.5) = 5,178

Equações lineares de segunda ordem: para y″ + b·y′ + c·y = 0, tente y = ert: isso dá a equação característica r² + b·r + c = 0. Duas raízes reais r₁ ≠ r₂ dão y = A·er₁t + B·er₂t (superamortecido); uma raiz dupla r dá y = (A + Bt)·ert (amortecimento crítico); raízes complexas −α ± jω dão y = e−αt(A cos ωt + B sen ωt) (subamortecido, oscilante). Os valores iniciais y(0) e y′(0) determinam A e B. Escrita como y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn é a frequência natural e ζ o coeficiente de amortecimento: ζ < 1 oscila. Com uma entrada constante, y″ + by′ + cy = c·K, a solução é o valor estacionário K mais a resposta livre.

Valor estacionário e raízes

yss = 5, r = −1,5 ± 4j

Constantes a partir dos valores iniciais

y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −1,5A + 4B = 0 → B = −1,875

Calcular

y(0,5) = 5·(1 − e−0,75(cos 2 + 0,375·sin 2)) = 5,178

Resposta

y(0,5) = 5,178
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −48

Matrizes: o determinante de uma matriz 2×2 é ad − bc. Numa 3×3, desenvolva por uma linha: cada elemento vezes o determinante da 2×2 que resta ao tirar a sua linha e coluna, com sinais alternados + − +. Os valores próprios λ resolvem det(A − λI) = 0; numa 2×2 é λ² − (traço)·λ + det = 0.

Menores 2×2 da primeira linha

M₁₁ = 6, M₁₂ = −15, M₁₃ = 30

Desenvolvimento por cofatores

det A = 2·6 − (−4)·(−15) + 0·30 = −48

Resposta

det A = −48
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = −0,9474

Matrizes: o determinante de uma matriz 2×2 é ad − bc. Numa 3×3, desenvolva por uma linha: cada elemento vezes o determinante da 2×2 que resta ao tirar a sua linha e coluna, com sinais alternados + − +. Os valores próprios λ resolvem det(A − λI) = 0; numa 2×2 é λ² − (traço)·λ + det = 0.

Determinante da matriz dos coeficientes

det A = (−1)·(−1) − (−6)·3 = 19

Substituir a coluna de x

det Aₓ = (−12)·(−1) − (−6)·(−5) = −18
x = −18/19 = −0,9474

Resposta

x = −0,9474
y = 2,158
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: θ = 63,47 °

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.

Produto escalar

a·b = 1·(−5) + (−1)·(−6) + 3·4 = 13

Módulos

|a| = √(1² + (−1)² + 3²) = 3,317
|b| = √((−5)² + (−6)² + 4²) = 8,775

Ângulo

cos θ = 13/(3,317·8,775) = 0,4467
θ = arccos(0,4467) = 63,47°

Resposta

θ = 63,47°
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: (a × b)y = −14

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.

Produto vetorial, componente por componente

(a × b)x = aybz − azby = 1·(−3) − 1·(−1) = −2
(a × b)y = azbx − axbz = 1·1 − (−5)·(−3) = −14
(a × b)z = axby − aybx = (−5)·(−1) − 1·1 = 4

Componente pedida

(a × b)y = −14

Resposta

(a × b)y = −14

Verificação: a × b é perpendicular aos dois vetores, então o seu produto escalar com a e com b é zero.

7.Integrais

Resposta: I = 201,2

Integrais definidos: ∫ₐᵇ f(x) dx é a área com sinal entre o gráfico e o eixo x de a a b. Encontre uma primitiva F (com F′ = f) e calcule F(b) − F(a). Regra da potência: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). A área entre duas curvas é ∫(superior − inferior) dx.

Primitiva

F(x) = e2x/2

Avaliar nos limites

I = (e6 − 1)/2 = (403,4 − 1)/2 = 201,2

Resposta

I = 201,2
8.Integrais

Resposta: A = 10,67

Integrais definidos: ∫ₐᵇ f(x) dx é a área com sinal entre o gráfico e o eixo x de a a b. Encontre uma primitiva F (com F′ = f) e calcule F(b) − F(a). Regra da potência: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). A área entre duas curvas é ∫(superior − inferior) dx.

Zeros

4 − x² = 0 → x = ±2

Integrar

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

Resposta

A = 10,67
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: Duf = −16

Gradiente: ∇f = (fx, fy) aponta na direção de maior crescimento, e |∇f| é a maior taxa de variação. A derivada direcional ao longo de uma direção v é Duf = ∇f·u com o vetor unitário u = v/|v|. O plano tangente em (a, b) é z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); ele dá a aproximação linear de f perto desse ponto. Regra da cadeia: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Gradiente no ponto

fx = 12x²y − 8x − 4y → fx(−1, 1) = 16
fy = 4x³ − 10y − 4x → fy(−1, 1) = −10

Vetor unitário

|v| = √((−1)² + 0²) = 1
u = (−1, 0)

Produto escalar

Duf = 16·(−1) + (−10)·0 = −16

Resposta

Duf = −16
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 85,33

Pontos críticos e integrais duplas: um ponto crítico tem fx = fy = 0. Teste da segunda derivada com D = fxxfyy − fxy²: D > 0 e fxx > 0 é um mínimo local, D > 0 e fxx < 0 um máximo local, D < 0 um ponto de sela, e D = 0 não decide nada. Para uma integral dupla sobre uma região geral, faça dos limites internos as curvas que delimitam a região; para discos e setores use coordenadas polares, x = r cos θ, y = r sin θ e dA = r dr dθ (não esqueça o fator r).

Limites

0 ≤ x ≤ 4, 0 ≤ y ≤ x

Integral interna

∫0x (2x + 4y) dy = 2x·x + 4·(x)²/2 = 4x²

Integral externa

I = 4·4³/3 = 85,33

Resposta

I = 85,33
11.Sequências e séries

Resposta: L = 1,667

Convergência: se os termos não tendem a 0, a série diverge (teste do n-ésimo termo). Σ1/kᵖ converge somente para p > 1, e Σrᵏ somente para |r| < 1. Compare uma série com uma dessas quando seus termos se comportam como elas para k grande. Teste da razão: L = lim |ak+1/ak|; teste da raiz: L = lim |ak|1/k. L < 1 converge, L > 1 diverge, L = 1 não decide nada. Uma série de potências Σck(x − x₀)ᵏ converge para |x − x₀| < R com R = lim |ck/ck+1|; uma série alternada com termos decrescentes a 0 converge.

Raiz dos termos

|ak|1/k = (5k + 1)/(3k + 2) → 5/3

Conclusão

L = 1,667 > 1

Resposta

L = 1,667

L > 1, então a série diverge.

12.Sequências e séries

Resposta: n = 6

Polinômios de Taylor: perto de x = a, uma função suave é aproximada por Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; para a = 0 este é o polinômio de Maclaurin. Séries padrão: 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. Cota de erro de Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, em que M é o maior valor de |f⁽ⁿ⁺¹⁾| entre a e x.

n(n + 1)!cota011120,5260,16673240,0416741200,00833357200,001389650400,0001984

Cotas para n crescente

n = 5: 0,001389 ≥ 0,001
n = 6: 0,0001984 < 0,001

Menor grau

n = 6

Resposta

n = 6
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.25) = 0,8709

Transformada de Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt transforma derivadas em multiplicações por s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pares usuais: 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 um deslocamento s → s + σ multiplica a função do tempo por e−σt. Para inverter uma F(s) racional, decomponha-a em frações parciais: o resíduo de um polo simples p é A = [(s − p)·F(s)] em s = p. Teorema do valor final: f(∞) = lims→0 s·F(s), válido apenas quando todos os polos de s·F(s) estão no semiplano esquerdo. Teorema do valor inicial: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Frações parciais

F(s) = A/s + B/(s + 2) + C/(s + 4)
A = 45/(2·4) = 5,625
B = 45/((−2)·2) = −11,25
C = 45/((−4)·(−2)) = 5,625

Transformada inversa

f(t) = 5,625 − 11,25·e−2t + 5,625·e−4t

Calcular

f(0,25) = 5,625 − 11,25·e−2·0,25 + 5,625·e−4·0,25 = 0,8709

Resposta

f(0,25) = 0,8709
14.Transformadas de Laplace

Resposta: g(0.2) = 1,458

Transformada de Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt transforma derivadas em multiplicações por s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pares usuais: 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 um deslocamento s → s + σ multiplica a função do tempo por e−σt. Para inverter uma F(s) racional, decomponha-a em frações parciais: o resíduo de um polo simples p é A = [(s − p)·F(s)] em s = p. Teorema do valor final: f(∞) = lims→0 s·F(s), válido apenas quando todos os polos de s·F(s) estão no semiplano esquerdo. Teorema do valor inicial: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Função de transferência

G(s) = Y(s)/U(s) = 12/(s² + 5s + 6)

Frações parciais

s² + 5s + 6 = (s + 2)(s + 3)
A = 12, B = −12

Resposta ao impulso

g(t) = 12·e−2t − 12·e−3t
g(0,2) = 1,458

Resposta

g(0,2) = 1,458
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(4) = 0,00899

Convolução contínua: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Inverta h, deslize-a até a posição t e integre o produto das partes sobrepostas. Para sinais causais a integral vai de 0 a t. Resultados úteis: a área de y é a área de x vezes a área de h; se x dura de t₁ a t₂ e h de t₃ a t₄, y dura de t₁ + t₃ a t₂ + t₄. Para h(t) = e−atu(t) e um degrau de altura A, y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Saída no fim do pulso

y(2) = (1/2)(1 − e−4) = 0,4908

Decaimento depois do pulso

y(4) = 0,4908·e−2·2 = 0,00899

Resposta

y(4) = 0,00899
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: φ = −71,57 °

Resposta ao impulso e série de Fourier: a resposta ao impulso h(t) descreve completamente um sistema LIT: para y′ + a·y = b·x ela é h(t) = b·e−atu(t), e para y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] ela é h[n] = b·aⁿu[n]. Uma senoide cos ωt passa com ganho |H(jω)| e fase ∠H(jω), onde H é a transformada de Fourier de h. Um sinal periódico é uma soma de harmônicos em k/T: uma onda quadrada de ±A tem apenas harmônicos ímpares com amplitudes 4A/(kπ), uma onda triangular de pico A tem 8A/(π²k²), e um trem de pulsos de altura A e ciclo de trabalho D tem a média A·D e os harmônicos (2A/(kπ))·|sen(kπD)|.

Resposta em frequência

H(jω) = 2/(10 + jω)

Fase na frequência da entrada

φ = −atan(30/10) = −71,57°

Resposta

φ = −71,57°

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