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) = 1y(1) = ?

Resolva y″ + 6y′ + 9y = 0 com y(0) = 1 e y′(0) = 1. Encontre y(1).

y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 1y′(0) = 1
y(1) =
2.Equações diferenciaisDifícil
xy12(1, 4)y(2) = ?

Resolva o problema de valor inicial y′ + 2y/x = 4x para x > 0, com y(1) = 4. Encontre y(2).

y′ + 2y/x = 4xy(1) = 4
y(2) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =−1−332−53−3−34

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

A = [−1 −3 3; 2 −5 3; −3 −3 4]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =−5351b =−83

Resolva o sistema −5x + 3y = −8 e 5x + y = 3. Calcule x.

−5x + 3y = −85x + y = 3
x =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

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

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

Encontre o volume V do paralelepípedo cujas arestas a partir de um vértice são a = (−5, 3, 2), b = (−3, −4, 5) e c = (−2, 3, −4).

a = (−5, 3, 2)b = (−3, −4, 5)c = (−2, 3, −4)
V =
7.IntegraisMédia
xy4y = √(2x)

A região sob y = √(2x), de x = 0 até x = 4, gira em torno do eixo x. Encontre o volume V do sólido (um paraboloide).

y = √(2x)0 ≤ x ≤ 4
V =
8.IntegraisDifícil
xyy = 0,5x2​y = 4x

Calcule a área A da região limitada por y = 0,5x2 e y = 4x.

y = 0,5x2y = 4x
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy−202012vP

Para f(x, y) = 3 ln(x² + 2y²), encontre a derivada direcional Duf em (−1, 1) na direção de v = (4, −1).

f(x, y) = 3 ln(x² + 2y²)P = (−1, 1)v = (4, −1)
Duf =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xyx = 4y = 2x48

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

f = 4x + y0 ≤ x ≤ 40 ≤ y ≤ 2x
I =
11.Sequências e sériesMédia
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Aplique o teste da razão a Σk=1∞ (k!)²·8ᵏ/(2k)!. Encontre L = lim |ak+1/ak|.

ak = (k!)²·8ᵏ/(2k)!
L =
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = eˣ é aproximada pelo seu polinômio de Maclaurin de grau 4 em x = 0,8. Use a cota de erro de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! com M = e0,8 = 2,226 para encontrar o maior erro possível |R₄|.

f(x) = eˣn = 4x = 0,8M = 2,226
|R₄| =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,2f(0,2) = ?

Encontre f(t) para F(s) = 40/(s(s + 2)(s + 3)) por frações parciais e calcule f(0,2).

F(s) = 40/(s(s + 2)(s + 3))t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,75y(0,75) = ?

Um sistema obedece a y″ + 6y′ + 5y = 15·u(t), com y(0) = 2 e y′(0) = 0. Em t = 0 é aplicada uma entrada em degrau u(t) = 5. Use a transformada de Laplace para encontrar y(0,75).

y″ + 6y′ + 5y = 15·u(t)y(0) = 2y′(0) = 0u(t) = 5t = 0,75 s
y(0.75) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t12h(t)t02

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 = 2 s. Encontre o instante tstart em que y(t) = x(t) ∗ h(t) começa.

x: 1 … 2 sh: 0 … 2 s
tstart = s
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)1245−5

Uma onda triangular sobe e desce linearmente entre −5 e +5 com período T = 2 ms. Encontre a amplitude c5 da sua componente de Fourier em 2500 Hz.

±5T = 2 msf = 2500 Hz
c5 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(1) = 0,2489

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.

Raiz dupla

(r + 3)² = 0 → r = −3

Constantes

A = y(0) = 1
y′(0) = B − 3A → B = 1 + 3 = 4

Calcular

y(1) = (1 + 4·1)·e−3 = 0,2489

Resposta

y(1) = 0,2489
2.Equações diferenciais

Resposta: y(2) = 4,75

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.

Fator integrante

μ = e∫2/x dx = x2

Integrar

(x2y)′ = 4x3 → x2y = 4x4/4 + C

Condição inicial

4 = 4/4 + C → C = 3

Calcular

y(2) = (4·24/4 + 3)/22 = 4,75

Resposta

y(2) = 4,75
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −1

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 = −11, M₁₂ = 17, M₁₃ = −21

Desenvolvimento por cofatores

det A = (−1)·(−11) − (−3)·17 + 3·(−21) = −1

Resposta

det A = −1
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = 0,85

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 = (−5)·1 − 3·5 = −20

Substituir a coluna de x

det Aₓ = (−8)·1 − 3·3 = −17
x = −17/(−20) = 0,85

Resposta

x = 0,85
y = −1,25
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: θ = 163,3 °

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 = (−6)·3 + 3·(−1) + 6·(−5) = −51

Módulos

|a| = √((−6)² + 3² + 6²) = 9
|b| = √(3² + (−1)² + (−5)²) = 5,916

Ângulo

cos θ = −51/(9·5,916) = −0,9578
θ = arccos(−0,9578) = 163,3°

Resposta

θ = 163,3°
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: V = 105

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 = (−4)·(−4) − 5·3 = 1
(b × c)y = bzcx − bxcz = 5·(−2) − (−3)·(−4) = −22
(b × c)z = bxcy − bycx = (−3)·3 − (−4)·(−2) = −17

Produto escalar com a

a·(b × c) = (−5)·1 + 3·(−22) + 2·(−17) = −105
V = |−105| = 105

Resposta

V = 105
7.Integrais

Resposta: V = 50,27

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.

Método dos discos

V = π∫₀4 2x dx

Integrar

V = π·2·4²/2 = 50,27

Resposta

V = 50,27
8.Integrais

Resposta: A = 42,67

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.

Pontos de interseção

0,5x2 = 4x → x = 0, x = 8

Integrar superior menos inferior

A = [2x2 − 0,1667x3]08 = 42,67

Resposta

A = 42,67
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: Duf = −2,91

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 = 6x/(x² + 2y²) → fx(−1, 1) = −2
fy = 12y/(x² + 2y²) → fy(−1, 1) = 4

Vetor unitário

|v| = √(4² + (−1)²) = 4,123
u = (0,9701, −0,2425)

Produto escalar

Duf = (−2)·0,9701 + 4·(−0,2425) = −2,91

Resposta

Duf = −2,91
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 213,3

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 ≤ 2x

Integral interna

∫02x (4x + y) dy = 4x·2x + (2x)²/2 = 10x²

Integral externa

I = 10·4³/3 = 213,3

Resposta

I = 213,3
11.Sequências e séries

Resposta: L = 2

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.

Razão entre termos consecutivos

|ak+1/ak| = 8·(k + 1)²/((2k + 2)(2k + 1)) → 8/4

Conclusão

L = 2 > 1

Resposta

L = 2

L > 1, então a série diverge.

12.Sequências e séries

Resposta: |R₄| = 0,006077

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 = e0,8 = 2,226

Cota de Lagrange

|R₄| ≤ 2,226·0,8⁵/5! = 0,006077

Resposta

|R₄| = 0,006077

O erro verdadeiro é menor: |f(0,8) − P₄(0,8)| = 0,003141.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.2) = 0,5778

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 + 3)
A = 40/(2·3) = 6,667
B = 40/((−2)·1) = −20
C = 40/((−3)·(−1)) = 13,33

Transformada inversa

f(t) = 6,667 − 20·e−2t + 13,33·e−3t

Calcular

f(0,2) = 6,667 − 20·e−2·0,2 + 13,33·e−3·0,2 = 0,5778

Resposta

f(0,2) = 0,5778
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.75) = 7,4

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).

Transforme a equação

(s² + 6s + 5)·Y(s) = 2s + 12 + 75/s
Y(s) = (2s² + 12s + 75)/(s(s + 1)(s + 5))

Frações parciais

A = 75/(1·5) = 15
B = 65/((−1)·4) = −16,25
C = 65/((−5)·(−4)) = 3,25

Resultado

y(t) = 15 − 16,25·e−t + 3,25·e−5t
y(0,75) = 7,4

Resposta

y(0,75) = 7,4

Verificação: y(0) = A + B + C = 2.

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 + 2 = 4 s

Resposta

tstart = 1 s

Resposta

tstart = 1 s
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: c5 = 0,1621

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)|.

Número do harmônico

f₀ = 1/T = 500 Hz → k = 5

Amplitude

c5 = 8·5/(π²·5²) = 0,1621

Resposta

c5 = 0,1621

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