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)55Ta​133 °C88 °C

Uma peça de aço forjado a 360 °C é deixada esfriando em uma oficina a 20 °C. Após 55 min sua temperatura é 133 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo após o início, t, leva para chegar a 88 °C?

T0 = 360 °CTa = 20 °CT(55) = 133 °CT = 88 °C
t = min
2.Equações diferenciaisDifícil
tyK = 1ymax​ = ?

Um sistema obedece a y″ + 2y′ + 5y = 5 para t ≥ 0, partindo do repouso: y(0) = 0, y′(0) = 0. Encontre o valor de pico ymax da sua resposta ao degrau.

y″ + 2y′ + 5y = 5y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =−32−5−4−5−25−4−1

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

A = [−3 2 −5; −4 −5 −2; 5 −4 −1]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =−25−1−6b =3−1

Resolva o sistema −2x + 5y = 3 e −x − 6y = −1. Calcule x.

−2x + 5y = 3−x − 6y = −1
x =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o produto escalar a·b de a = (5, 7, 1) e b = (0, 2, −4).

a = (5, 7, 1)b = (0, 2, −4)
a·b =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzabc

Encontre o volume V do paralelepípedo cujas arestas a partir de um vértice são a = (−2, −4, −1), b = (−4, −3, 3) e c = (−1, −2, −4).

a = (−2, −4, −1)b = (−4, −3, 3)c = (−1, −2, −4)
V =
7.IntegraisMédia
xy2y = x·cos x

Calcule I = ∫₀2 x·cos x dx (x em radianos).

∫₀2 x·cos x dx
I =
8.IntegraisDifícil
xyy = 2x2​y = 2x

Calcule a área A da região limitada por y = 2x2 e y = 2x.

y = 2x2y = 2x
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy22∇fP

Para f(x, y) = ln(x² + 3y²), encontre a taxa máxima de variação de f no ponto (2, 2), isto é, |∇f|.

f(x, y) = ln(x² + 3y²)P = (2, 2)
|∇f| =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy−20−101(−1, 0)

f(x, y) = −x² − xy − 2y² − 2x − y − 5 tem um ponto crítico em (−1, 0). Calcule ali o discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = −x² − xy − 2y² − 2x − y − 5P = (−1, 0)
D =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ (4/3)ᵏk = 1 … ∞BΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞CΣ k!/10ᵏk = 1 … ∞DΣ 3/k⁴k = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries converge. Clique nela.

A: Σ (4/3)ᵏB: Σ (1 + 1/k)ᵏC: Σ k!/10ᵏD: Σ 3/k⁴
  1. 1A: Σ (4/3)ᵏ
  2. 2B: Σ (1 + 1/k)ᵏ
  3. 3C: Σ k!/10ᵏ
  4. 4D: Σ 3/k⁴
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = sin x é aproximada pelo seu polinômio de Maclaurin de grau 3 em x = 0,5. Use a cota de erro de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! com M = 1 para encontrar o maior erro possível |R₃|.

f(x) = sin xn = 3x = 0,5M = 1
|R₃| =
13.Transformadas de LaplaceMédia
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−81

F(s) = 35/(s² + 13s + 42). Sua transformada inversa tem a forma f(t) = A·e−6t + B·e−7t. Encontre o coeficiente A por frações parciais.

F(s) = 35/(s² + 13s + 42)
A =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−2−4−6−8−10−12−14−16

Um sistema é descrito pela equação diferencial y″ + 7y′ + 12y = u′ + 14u, 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 = 0,1 s. Encontre g(0,1).

y″ + 7y′ + 12y = u′ + 14ut = 0,1 s
g(0.1) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t23h(t)t42

O pulso x(t) = 3 para 0 ≤ t < 2 s (zero fora disso) é aplicado a um sistema com resposta ao impulso h(t) = 2 para 0 ≤ t < 4 s (zero fora disso). Encontre a saída y(3) em t = 3 s.

x(t) = 3, 0 ≤ t < 2 sh(t) = 2, 0 ≤ t < 4 st = 3 s
y(3) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
10cos(15t)h(t) = 5e−5t​u(t)y(t)

A entrada x(t) = 10·cos(15t) é aplicada a um sistema com h(t) = 5·e−5tu(t). Encontre a amplitude Ym da saída em regime permanente.

h(t) = 5e−5tu(t)x(t) = 10cos(15t)
Ym =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: t = 80,36 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(340/113)/55 = 0,02003 min⁻¹

Tempo até atingir o valor desejado

t = ln(340/68)/0,02003 = 80,36 min

Resposta

t = 80,36 min
2.Equações diferenciais

Resposta: ymax = 1,208

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 = 1, r = −1 ± 2j

Constantes a partir dos valores iniciais

y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −1A + 2B = 0 → B = −0,5

Pico

t = π/2 = 1,571
ymax = 1·(1 + e−1·π/2) = 1,208

Resposta

ymax = 1,208
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −224

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 = −3, M₁₂ = 14, M₁₃ = 41

Desenvolvimento por cofatores

det A = (−3)·(−3) − 2·14 + (−5)·41 = −224

Resposta

det A = −224
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = −0,7647

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)·(−6) − 5·(−1) = 17

Substituir a coluna de x

det Aₓ = 3·(−6) − 5·(−1) = −13
x = −13/17 = −0,7647

Resposta

x = −0,7647
y = 0,2941
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: a·b = 10

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.

Multiplique as componentes correspondentes e some

a·b = 5·0 + 7·2 + 1·(−4) = 0 + 14 + (−4) = 10

Resposta

a·b = 10

Positivo: o ângulo entre os vetores é menor que 90°.

6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: V = 35

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = (−3)·(−4) − 3·(−2) = 18
(b × c)y = bzcx − bxcz = 3·(−1) − (−4)·(−4) = −19
(b × c)z = bxcy − bycx = (−4)·(−2) − (−3)·(−1) = 5

Produto escalar com a

a·(b × c) = (−2)·18 + (−4)·(−19) + (−1)·5 = 35
V = |35| = 35

Resposta

V = 35
7.Integrais

Resposta: I = 0,4024

Integração por partes: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, a partir da regra do produto. Escolha como u o fator que fica mais simples quando você o deriva (uma potência de x ou ln x) e como dv o fator que você sabe integrar (eˣ, sen x, cos x ou x quando u = ln x). Para uma integral definida, calcule u·v nos dois limites: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Um fator x² exige duas rodadas.

Escolha u e dv

u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x

Primitiva

∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x

Limites

(2·sin 2 + cos 2) − (0 + 1) = 0,4024

Resposta

I = 0,4024
8.Integrais

Resposta: A = 0,3333

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.

Pontos de interseção

2x2 = 2x → x = 0, x = 1

Integrar superior menos inferior

A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333

Resposta

A = 0,3333
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: |∇f| = 0,7906

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.

Derivadas parciais

fx = 2x/(x² + 3y²) → fx(2, 2) = 0,25
fy = 6y/(x² + 3y²) → fy(2, 2) = 0,75

Comprimento do gradiente

|∇f| = √(0,25² + 0,75²) = 0,7906

Resposta

|∇f| = 0,7906
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: D = 7

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).

Derivadas segundas

fxx = −2, fyy = −4, fxy = −1

Discriminante

D = (−2)·(−4) − (−1)² = 7
→ máximo local

Resposta

D = 7
11.Sequências e séries

Resposta: D: Σ 3/k⁴

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.

Teste cada série

A: Σ (4/3)ᵏ → Geométrica com r = 4/3 > 1: os termos crescem, então diverge.
B: Σ (1 + 1/k)ᵏ → Os termos tendem a e, e não a 0: diverge pelo teste do n-ésimo termo.
C: Σ k!/10ᵏ → Teste da razão: L = lim (k + 1)/10 = ∞, diverge.
D: Σ 3/k⁴ → Série-p com p = 4 > 1: converge.

A resposta

D: Σ 3/k⁴

Resposta

D: Σ 3/k⁴
12.Sequências e séries

Resposta: |R₃| = 0,002604

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.

Cota para a derivada

M = 1

Cota de Lagrange

|R₃| ≤ 1·0,5⁴/4! = 0,002604

Resposta

|R₃| = 0,002604

O erro verdadeiro é menor: |f(0,5) − P₃(0,5)| = 0,0002589.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: A = 35

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 + 13s + 42 = (s + 6)(s + 7)
F(s) = A/(s + 6) + B/(s + 7)

Regra de cobertura

Multiplique por (s + 6) e faça s = −6: o termo em B desaparece.

A = 35/(s + 7) |s = −6 = 35/1 = 35

Resposta

A = 35
(B = −35, então f(t) = 35·e−6t − 35·e−7t)
14.Transformadas de Laplace

Resposta: g(0.1) = 1,446

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 + 14)/(s² + 7s + 12)

Frações parciais

s² + 7s + 12 = (s + 3)(s + 4)
A = 11, B = −10

Resposta ao impulso

g(t) = 11·e−3t − 10·e−4t
g(0,1) = 1,446

Resposta

g(0,1) = 1,446
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(3) = 12

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).

Sobreposição do pulso invertido

h(t − τ) é o pulso de h invertido e deslocado de modo que termine em τ = t.

τ ∈ [0, 2] → comprimento 2 s

Integral

y(3) = 3·2·2 = 12

Resposta

y(3) = 12

y(t) é um trapézio: sobe a partir de 0, fica em 12 e volta a 0 em t = 6 s.

16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: Ym = 3,162

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) = 5/(5 + jω)

Ganho na frequência da entrada

|H(j15)| = 5/√(5² + 15²) = 0,3162
Ym = 10·0,3162 = 3,162

Resposta

Ym = 3,162

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