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
tyy(0) = 3y(1) = ?

Resolva y″ + 8y′ + 15y = 0 com y(0) = 3 e y′(0) = 2. Encontre y(1).

y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 3y′(0) = 2
y(1) =
2.Equações diferenciaisDifícil
tyy(0) = 10y(0,5) = ?

Resolva y″ + 4y′ + 8y = 0 com y(0) = 10 e y′(0) = 0 (solto a partir do repouso). Encontre y(0,5); ângulos em radianos.

y″ + 4y′ + 8y = 0y(0) = 10y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =−1−4540425−5

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

A = [−1 −4 5; 4 0 4; 2 5 −5]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =2152b =5−3

Resolva o sistema 2x + y = 5 e 5x + 2y = −3. Calcule x.

2x + y = 55x + 2y = −3
x =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzdFAB

Uma força constante F = (−15, −30, 30) N atua sobre um objeto enquanto ele se move em linha reta do ponto A(−1, 2, −4) ao ponto B(−5, 1, 5). As coordenadas estão em metros. Encontre o trabalho W realizado pela força.

F = (−15, −30, 30) NA(−1, 2, −4) mB(−5, 1, 5) m
W = J
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzABC

Encontre a área A do triângulo de vértices A(0, 4, 0), B(−4, 2, 1) e C(2, 1, −3). As coordenadas estão em metros.

A(0, 4, 0)B(−4, 2, 1)C(2, 1, −3)
A = m²
7.IntegraisMédia
xy15

Calcule I = ∫15 5/x dx.

f(x) = 5/x[1, 5]
I =
8.IntegraisDifícil
xy1,667y = 5xy = 3x²

A região entre a reta y = 5x e a parábola y = 3x² gira em torno do eixo x. Encontre o volume V do sólido.

y = 5xy = 3x²
V =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy024−4−20vP

Para f(x, y) = 2x³y − 2y³ + 2xy, encontre a derivada direcional Duf em (2, −2) na direção de v = (2, −1).

f(x, y) = 2x³y − 2y³ + 2xyP = (2, −2)v = (2, −1)
Duf =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy21

Use coordenadas polares para calcular I = ∬R e−(x² + y²) dA, em que R é a coroa 1 ≤ x² + y² ≤ 4.

f = e−(x² + y²)1 ≤ r ≤ 20 ≤ θ ≤ 2π
I =
11.Sequências e sériesMédia
xx₀ = 1??R

A série de potências Σk=1∞ k!·(x − 1)ᵏ/kᵏ converge num intervalo em torno de x₀ = 1. Encontre a extremidade direita x desse intervalo.

Σ k!·(x − 1)ᵏ/kᵏx₀ = 1
x =
12.Sequências e sériesDifícil

Reconheça a série e encontre a sua soma: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·0,82k+1/(2k + 1)!.

ak = (−1)ᵏ·0,82k+1/(2k + 1)!
S =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,25f(0,25) = ?

Encontre f(t) para F(s) = (4s + 27)/(s² + 10s + 25) e calcule f(0,25).

F(s) = (4s + 27)/(s² + 10s + 25)t = 0,25 s
f(0.25) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−5−10−15−20

Um sistema é descrito pela equação diferencial y″ + 4y′ + 13y = u′ + 19u, 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 = 0,4 s. Encontre g(0,4).

y″ + 4y′ + 13y = u′ + 19ut = 0,4 s
g(0.4) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t12h(t)t04

O sinal x(t) é não nulo apenas entre t = 1 s e t = 2 s, e h(t) apenas entre t = 0 s e t = 4 s. Encontre o instante tstart em que y(t) = x(t) ∗ h(t) começa.

x: 1 … 2 sh: 0 … 4 s
tstart = s
16.Convolução e sistemas LITDifícil
10cos(20t)h(t) = 10e−10t​u(t)y(t)

A entrada x(t) = 10·cos(20t) é aplicada a um sistema com h(t) = 10·e−10tu(t). Encontre a amplitude Ym da saída em regime permanente.

h(t) = 10e−10tu(t)x(t) = 10cos(20t)
Ym =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(1) = 0,3861

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.

Raízes características

(r + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5

Constantes a partir dos valores iniciais

A + B = 3, −3A − 5B = 2
A = 8,5, B = −5,5

Calcular

y(1) = 8,5·e−3 + (−5,5)·e−5 = 0,3861

Resposta

y(1) = 0,3861
2.Equações diferenciais

Resposta: y(0.5) = 5,083

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.

Raízes complexas

r = −2 ± 2j

Constantes

A = 10, B = 2·10/2 = 10

Calcular

y(0,5) = e−1(10·cos 1 + 10·sin 1) = 5,083

Resposta

y(0,5) = 5,083
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = 8

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 = −20, M₁₂ = −28, M₁₃ = 20

Desenvolvimento por cofatores

det A = (−1)·(−20) − (−4)·(−28) + 5·20 = 8

Resposta

det A = 8
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = −13

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 = 2·2 − 1·5 = −1

Substituir a coluna de x

det Aₓ = 5·2 − 1·(−3) = 13
x = 13/(−1) = −13

Resposta

x = −13
y = 31
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: W = 360 J

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.

Deslocamento

d = B − A = (−5, 1, 5) − (−1, 2, −4) = (−4, −1, 9) m

Trabalho

W = F·d = (−15)·(−4) + (−30)·(−1) + 30·9 = 360 J

Resposta

W = 360 J
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: A = 10,45 m²

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.

Vetores das arestas

AB = B − A = (−4, −2, 1)
AC = C − A = (2, −3, −3)

Produto vetorial

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = (−2)·(−3) − 1·(−3) = 9
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 1·2 − (−4)·(−3) = −10
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = (−4)·(−3) − (−2)·2 = 16
|AB × AC| = √(9² + (−10)² + 16²) = 20,9

Área do triângulo

A = ½·20,9 = 10,45 m²

Resposta

A = 10,45 m²
7.Integrais

Resposta: I = 8,047

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) = 5·ln x

Avaliar nos limites

I = 5·(ln 5 − ln 1) = 5·ln 5 = 8,047

Resposta

I = 8,047
8.Integrais

Resposta: V = 48,48

Volumes de revolução: girar a região sob y = f(x), de x = a até x = b, em torno do eixo x gera um sólido cuja seção transversal em x é um disco de raio f(x). Somar os discos dá V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Quando a região fica entre uma curva externa R(x) e uma curva interna r(x), cada fatia é uma arruela: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Eleve os raios ao quadrado antes de subtraí-los.

Pontos de interseção

5x = 3x² → x = 0, x = 1,667

Método das arruelas

V = π∫₀1,667 ((5x)² − (3x²)²) dx

Integrar

V = π(25·1,667³/3 − 9·1,667⁵/5) = π·15,43 = 48,48

Resposta

V = 48,48
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: Duf = −44,72

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 = 6x²y + 2y → fx(2, −2) = −52
fy = 2x³ − 6y² + 2x → fy(2, −2) = −4

Vetor unitário

|v| = √(2² + (−1)²) = 2,236
u = (0,8944, −0,4472)

Produto escalar

Duf = (−52)·0,8944 + (−4)·(−0,4472) = −44,72

Resposta

Duf = −44,72
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 1,098

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).

Forma polar

I = ∫02π ∫12 e−r²·r dr dθ

Integrar

∫ e−r²·r dr = [−e−r²/2]
I = 1,098

Resposta

I = 1,098
11.Sequências e séries

Resposta: x = 3,718

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.

Coeficientes

ck/ck+1 = (1 + 1/k)ᵏ → e

Raio

R = 2,718

Intervalo

−1,718 < x < 3,718
x = 3,718

Resposta

x = 3,718

O teste da razão nada diz nos dois extremos; eles precisam ser verificados separadamente.

12.Sequências e séries

Resposta: S = 0,7174

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.

Séries padrão

Σ (−1)ᵏx2k+1/(2k + 1)! = sin x

Substituir

x = 0,8
S = sin 0,8 = 0,7174

Resposta

S = 0,7174
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.25) = 1,647

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).

Fatore o denominador

s² + 10s + 25 = (s + 5)²

Frações parciais

4s + 27 = 4(s + 5) + 7
F(s) = 4/(s + 5) + 7/(s + 5)²

Transformada inversa

f(t) = 4·e−5t + 7·t·e−5t
f(0,25) = (4 + 7·0,25)·e−5·0,25 = 1,647

Resposta

f(0,25) = 1,647
14.Transformadas de Laplace

Resposta: g(0.4) = 2,536

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) = (s + 19)/(s² + 4s + 13)

Frações parciais

s² + 4s + 13 = (s + 2)² + 3²
G(s) = 1·(s + 2)/((s + 2)² + 3²) + (17/3)·3/((s + 2)² + 3²)

Resposta ao impulso

g(t) = e−2t·(cos 3t + 5,667·sin 3t)
g(0,4) = 2,536

Resposta

g(0,4) = 2,536
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: tstart = 1 s

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).

Início e fim

tstart = 1 + 0 = 1 s
tend = 2 + 4 = 6 s

Resposta

tstart = 1 s

Resposta

tstart = 1 s
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: Ym = 4,472

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) = 10/(10 + jω)

Ganho na frequência da entrada

|H(j20)| = 10/√(10² + 20²) = 0,4472
Ym = 10·0,4472 = 4,472

Resposta

Ym = 4,472

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