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)23Ta​T = ?

Uma lata de refrigerante a 3 °C é tirada da geladeira e levada para uma sala a 22 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Com k = 0,06 min⁻¹, encontre a sua temperatura T após 23 min.

T0 = 3 °CTa = 22 °Ck = 0,06 min⁻¹t = 23 min
T = °C
2.Equações diferenciaisDifícil
tyy(0) = 10y(1,5) = ?

Resolva y″ + 3y′ + 11,25y = 0 com y(0) = 10 e y′(0) = 0 (solto a partir do repouso). Encontre y(1,5); ângulos em radianos.

y″ + 3y′ + 11,25y = 0y(0) = 10y′(0) = 0
y(1.5) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =15−11B =2−5−65

Seja C = AB para as matrizes apresentadas. Calcule o elemento c21 (linha 2, coluna 1).

A = [1 5; −1 1]B = [2 −5; −6 5]
c21 =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =−3−6−26b =−210

Resolva o sistema −3x − 6y = −2 e −2x + 6y = 10. Calcule x.

−3x − 6y = −2−2x + 6y = 10
x =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o produto escalar a·b de a = (1, −2, −3) e b = (4, −4, 0).

a = (1, −2, −3)b = (4, −4, 0)
a·b =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzrFOA

Uma força F = (0, −40, −40) N atua no ponto A(−3, 0, 1). As coordenadas estão em metros. Encontre a componente y My do momento da força em relação a o ponto O(1, 2, 1).

F = (0, −40, −40) NA(−3, 0, 1) mO(1, 2, 1) m
My = N·m
7.IntegraisMédia
xy01

Calcule I = ∫01 e0,5x dx.

f(x) = e0,5x[0, 1]
I =
8.IntegraisDifícil
xy−33

Calcule a área A da região entre a parábola y = 9 − x² e o eixo x.

y = 9 − x²
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy−1012−101vP

Para f(x, y) = x²e0,5y, encontre a derivada direcional Duf em (0,5, 0) na direção de v = (0, −1).

f(x, y) = x²e0,5yP = (0,5, 0)v = (0, −1)
Duf =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy0−2024(2, 3)(−2, 3)

f(x, y) = −x³ + 12x − y² + 6y tem um ponto crítico em (−2, 3). Calcule ali o discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = −x³ + 12x − y² + 6yP = (−2, 3)
D =
11.Sequências e sériesMédia
kSn​12345678910S = ?

Encontre a soma S = Σk=1∞ 5/(k(k + 2)).

ak = 5/(k(k + 2))
S =
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = cos x é aproximada pelo seu polinômio de Maclaurin de grau 4 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 |R₄|.

f(x) = cos xn = 4x = 0,5M = 1
|R₄| =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,4f(0,4) = ?

Encontre f(t) para F(s) = (5s + 34)/(s² + 10s + 25) e calcule f(0,4).

F(s) = (5s + 34)/(s² + 10s + 25)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,5y(0,5) = ?

Um sistema obedece a y″ + 7y′ + 6y = 18·u(t), com y(0) = 1 e y′(0) = 0. Em t = 0 é aplicada uma entrada em degrau u(t) = 5. Use a transformada de Laplace para encontrar y(0,5).

y″ + 7y′ + 6y = 18·u(t)y(0) = 1y′(0) = 0u(t) = 5t = 0,5 s
y(0.5) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t0,51h(t)t1

O pulso x(t) = 1 para 0 ≤ t < 0.5 s (zero fora disso) é aplicado a um sistema com h(t) = e−5tu(t). Encontre a saída y(2) em t = 2 s, depois que o pulso terminou.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−5tu(t)t = 2 s
y(2) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)820403

Um trem de pulsos tem altura 3, largura de pulso 8 ms e período 20 ms. Encontre a amplitude c1 do harmônico de número 1, em 50 Hz.

A = 3τ = 8 msT = 20 ms
c1 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: T = 17,22 °C

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.

Solução da lei de resfriamento

T(t) = 22 + (−19)·e−0,06t

Substituir t

T(23) = 22 + (−19)·0,2516 = 17,22 °C

Resposta

T = 17,22 °C
2.Equações diferenciais

Resposta: y(1.5) = −0,7373

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 = −1,5 ± 3j

Constantes

A = 10, B = 1,5·10/3 = 5

Calcular

y(1,5) = e−2,25(10·cos 4,5 + 5·sin 4,5) = −0,7373

Resposta

y(1,5) = −0,7373
3.Matrizes e determinantes

Resposta: c21 = −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.

Linha vezes coluna

c21 = (−1)·2 + 1·(−6) = −8

Resposta

c21 = −8
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = −1,6

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 = (−3)·6 − (−6)·(−2) = −30

Substituir a coluna de x

det Aₓ = (−2)·6 − (−6)·10 = 48
x = 48/(−30) = −1,6

Resposta

x = −1,6
y = 1,133
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: a·b = 12

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 = 1·4 + (−2)·(−4) + (−3)·0 = 4 + 8 + 0 = 12

Resposta

a·b = 12

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

6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: My = −160 N·m

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.

Vetor de posição de O a A

r = A − O = (−3, 0, 1) − (1, 2, 1) = (−4, −2, 0) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−2)·(−40) − 0·(−40) = 80 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 0·0 − (−4)·(−40) = −160 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−4)·(−40) − (−2)·0 = 160 N·m

Componente pedida

My = −160 N·m

Resposta

My = −160 N·m
7.Integrais

Resposta: I = 1,297

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) = e0,5x/0,5

Avaliar nos limites

I = (e0,5 − 1)/0,5 = (1,649 − 1)/0,5 = 1,297

Resposta

I = 1,297
8.Integrais

Resposta: A = 36

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

9 − x² = 0 → x = ±3

Integrar

A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36

Resposta

A = 36
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: Duf = −0,125

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 = 2xe0,5y → fx(0,5, 0) = 1
fy = 0,5x²e0,5y → fy(0,5, 0) = 0,125

Vetor unitário

|v| = √(0² + (−1)²) = 1
u = (0, −1)

Produto escalar

Duf = 1·0 + 0,125·(−1) = −0,125

Resposta

Duf = −0,125
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: D = −24

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 = 12, fyy = −2, fxy = 0

Discriminante

D = 12·(−2) − 0² = −24
→ ponto de sela

Resposta

D = −24
11.Sequências e séries

Resposta: S = 3,75

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.

Frações parciais

5/(k(k + 2)) = (5/2)·(1/k − 1/(k + 2))

Cancelar

S = (5/2)·(1 + 1/2) = 3,75

Resposta

S = 3,75
12.Sequências e séries

Resposta: |R₄| = 0,0002604

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

|R₄| ≤ 1·0,5⁵/5! = 0,0002604

Resposta

|R₄| = 0,0002604

O erro verdadeiro é menor: |f(0,5) − P₄(0,5)| = 2,16 × 10⁻⁵.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.4) = 1,164

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

5s + 34 = 5(s + 5) + 9
F(s) = 5/(s + 5) + 9/(s + 5)²

Transformada inversa

f(t) = 5·e−5t + 9·t·e−5t
f(0,4) = (5 + 9·0,4)·e−5·0,4 = 1,164

Resposta

f(0,4) = 1,164
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.5) = 4,95

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 + 7s + 6)·Y(s) = 1s + 7 + 90/s
Y(s) = (s² + 7s + 90)/(s(s + 1)(s + 6))

Frações parciais

A = 90/(1·6) = 15
B = 84/((−1)·5) = −16,8
C = 84/((−6)·(−5)) = 2,8

Resultado

y(t) = 15 − 16,8·e−t + 2,8·e−6t
y(0,5) = 4,95

Resposta

y(0,5) = 4,95

Verificação: y(0) = A + B + C = 1.

15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(2) = 0,0001015

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(0,5) = (1/5)(1 − e−2,5) = 0,1836

Decaimento depois do pulso

y(2) = 0,1836·e−5·1,5 = 0,0001015

Resposta

y(2) = 0,0001015
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: c1 = 1,816

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)|.

Ciclo de trabalho

D = 8/20 = 0,4

Amplitude do harmônico

c1 = (2·3/(1π))·|sin(1π·0,4)| = 1,816

Resposta

c1 = 1,816

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