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(1,5) = ?

Resolva y″ + 4y′ + 4y = 0 com y(0) = 3 e y′(0) = 4. Encontre y(1,5).

y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 3y′(0) = 4
y(1.5) =
2.Equações diferenciaisDifícil
tyK = 5y(1,5) = ?

Um sistema obedece a y″ + y′ + 9,25y = 46,25 para t ≥ 0, partindo do repouso: y(0) = 0, y′(0) = 0. Encontre y(1,5); ângulos em radianos.

y″ + y′ + 9,25y = 46,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(1.5) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =−4−3−6−5B =6−61−3

Seja C = AB para as matrizes apresentadas. Calcule o elemento c12 (linha 1, coluna 2).

A = [−4 −3; −6 −5]B = [6 −6; 1 −3]
c12 =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =63−12

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

A = [6 3; −1 2]
λ =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

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

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

Encontre o volume V do paralelepípedo cujas arestas a partir de um vértice são a = (−1, −5, −2), b = (−5, −5, −1) e c = (−3, 2, 5).

a = (−1, −5, −2)b = (−5, −5, −1)c = (−3, 2, 5)
V =
7.IntegraisMédia
xy02

Calcule I = ∫02 2x·(x² + 1)3 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 2]
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−4−2002PQ

Para f(x, y) = x³y² − 4y² − xy, encontre a derivada direcional Duf em P(−2, 1) na direção de Q(−5, 0).

f(x, y) = x³y² − 4y² − xyP = (−2, 1)Q = (−5, 0)
Duf =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy31

Use coordenadas polares para calcular I = ∬R e−(x² + y²) dA, em que R é a coroa 1 ≤ x² + y² ≤ 9.

f = e−(x² + y²)1 ≤ r ≤ 30 ≤ θ ≤ 2π
I =
11.Sequências e sériesMédia
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Aplique o teste da razão a Σk=1∞ k!/kᵏ. Encontre L = lim |ak+1/ak|.

ak = k!/kᵏ
L =
12.Sequências e sériesDifícil

Encontre o coeficiente c₃ de (x − 1)³ na série de Taylor de f(x) = √x em torno de a = 1.

f(x) = √xa = 1k = 3
c₃ =
13.Transformadas de LaplaceMédia
ReIm−55

Encontre f(t) para F(s) = (5s + 22)/(s² + 8s + 52) completando o quadrado e calcule f(0,2).

F(s) = (5s + 22)/(s² + 8s + 52)t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Um sistema obedece a y″ + 10y′ + 24y = 72·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(0,2).

y″ + 10y′ + 24y = 72·u(t)y(0) = 2y′(0) = 0u(t) = 5t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t2h(t)t1

A entrada x(t) = 2·e−4tu(t) é aplicada a um sistema com h(t) = e−5tu(t). Encontre a saída y(1) em t = 1 s.

x(t) = 2·e−4tu(t)h(t) = e−5tu(t)t = 1 s
y(1) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
δ(t)y′ + 0,5y = 5xh(t)

Um sistema obedece a y′(t) + 0,5·y(t) = 5·x(t). Encontre sua resposta ao impulso em t = 0,2 s, h(0,2).

y′ + 0,5y = 5xt = 0,2 s
h(0.2) =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(1.5) = 0,8962

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 + 2)² = 0 → r = −2

Constantes

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 2A → B = 4 + 6 = 10

Calcular

y(1,5) = (3 + 10·1,5)·e−3 = 0,8962

Resposta

y(1,5) = 0,8962
2.Equações diferenciais

Resposta: y(1.5) = 5,883

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 = −0,5 ± 3j

Constantes a partir dos valores iniciais

y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −0,5A + 3B = 0 → B = −0,8333

Calcular

y(1,5) = 5·(1 − e−0,75(cos 4,5 + 0,1667·sin 4,5)) = 5,883

Resposta

y(1,5) = 5,883
3.Matrizes e determinantes

Resposta: c12 = 33

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

c12 = (−4)·(−6) + (−3)·(−3) = 33

Resposta

c12 = 33
4.Matrizes e determinantes

Resposta: λ = 5

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.

Equação característica

λ² − (8)λ + (15) = 0

Resolva

λ = (8 ± √(4))/2 → λ = 3, 5
λ = 5

Resposta

λ = 5
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: a·b = 4

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 = 0·(−2) + (−4)·(−1) + 4·0 = 0 + 4 + 0 = 4

Resposta

a·b = 4

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

6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: V = 67

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 = (−5)·5 − (−1)·2 = −23
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−1)·(−3) − (−5)·5 = 28
(b × c)z = bxcy − bycx = (−5)·2 − (−5)·(−3) = −25

Produto escalar com a

a·(b × c) = (−1)·(−23) + (−5)·28 + (−2)·(−25) = −67
V = |−67| = 67

Resposta

V = 67
7.Integrais

Resposta: I = 156

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.

Substituição

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u3 du

Integrar e avaliar

I = [u4/4]15 = (625 − 1)/4 = 156

Resposta

I = 156
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 = −3,479

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 = 3x²y² − y → fx(−2, 1) = 11
fy = 2x³y − 8y − x → fy(−2, 1) = −22

Vetor unitário

|v| = √((−3)² + (−1)²) = 3,162
u = (−0,9487, −0,3162)

Produto escalar

Duf = 11·(−0,9487) + (−22)·(−0,3162) = −3,479

Resposta

Duf = −3,479
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 1,155

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 ∫13 e−r²·r dr dθ

Integrar

∫ e−r²·r dr = [−e−r²/2]
I = 1,155

Resposta

I = 1,155
11.Sequências e séries

Resposta: L = 0,3679

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| = (k/(k + 1))ᵏ = (1 + 1/k)ᵏ → 1/e

Conclusão

L = 0,3679 < 1

Resposta

L = 0,3679

L < 1, então a série converge.

12.Sequências e séries

Resposta: c₃ = 0,0625

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.

Derivada f⁽³⁾

f⁽³⁾(x) = 0,375·x1/2 − 3

Coeficiente

c₃ = 0,375·11/2 − 3/3! = 0,0625
c₃ = 0,0625

Resposta

c₃ = 0,0625
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.2) = 0,9537

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).

Complete o quadrado

s² + 8s + 52 = (s + 4)² + 36 = (s + 4)² + 6²

Associe o numerador

F(s) = 5·(s + 4)/((s + 4)² + 6²) + (2/6)·6/((s + 4)² + 6²)

Transformada inversa

f(t) = e−4t·(5·cos 6t + 0,3333·sin 6t)
f(0,2) = e−4·0,2·(5·cos(6·0,2) + 0,3333·sin(6·0,2)) = 0,9537

Resposta

f(0,2) = 0,9537
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.2) = 5,307

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 + 10s + 24)·Y(s) = 2s + 20 + 360/s
Y(s) = (2s² + 20s + 360)/(s(s + 4)(s + 6))

Frações parciais

A = 360/(4·6) = 15
B = 312/((−4)·2) = −39
C = 312/((−6)·(−2)) = 26

Resultado

y(t) = 15 − 39·e−4t + 26·e−6t
y(0,2) = 5,307

Resposta

y(0,2) = 5,307

Verificação: y(0) = A + B + C = 2.

15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(1) = 0,02316

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).

Integral de convolução

y(t) = 2e−5t∫₀ᵗ e−(4 − 5)τ dτ = 2(e−5t − e−4t)/(−1)

Calcular

y(1) = 2·(0,006738 − 0,01832)/(−1) = 0,02316

Resposta

y(1) = 0,02316
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: h(0.2) = 4,524

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)|.

Função de transferência

H(s) = Y(s)/X(s) = 5/(s + 0,5)

Resposta ao impulso

h(t) = 5·e−0,5tu(t)
h(0,2) = 5·e−0,1 = 4,524

Resposta

h(0,2) = 4,524

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