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)42Ta​T = ?

Uma peça de aço forjado a 380 °C é deixada esfriando em uma oficina a 22 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Com k = 0,02 min⁻¹, encontre a sua temperatura T após 42 min.

T0 = 380 °CTa = 22 °Ck = 0,02 min⁻¹t = 42 min
T = °C
2.Equações diferenciaisDifícil
t (min)m (kg)80 minm = ?

Um tanque contém 200 L de água na qual estão dissolvidos 20 kg de sal. Salmoura com 0,25 kg de sal por litro entra a 4 L/min, e a solução bem misturada sai na mesma vazão. Quanto sal m há no tanque após 80 min?

V = 200 Lm0 = 20 kgc = 0,25 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
3.Matrizes e determinantesMédia
A =445−1101−34

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

A = [4 4 5; −1 1 0; 1 −3 4]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =4−130

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

A = [4 −1; 3 0]
λ =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o ângulo θ entre os vetores a = (0, −6, −1) e b = (0, −3, −3), em graus.

a = (0, −6, −1)b = (0, −3, −3)
θ = °
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzab

O vetor unitário n̂ é perpendicular a a = (−3, 2, 2) e a b = (2, −5, 0) e tem componente z positiva. Encontre sua componente y n̂y.

a = (−3, 2, 2)b = (2, −5, 0)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegraisMédia
xy12

Calcule I = ∫12 2/x dx.

f(x) = 2/x[1, 2]
I =
8.IntegraisDifícil
xy2,5y = x²eˣ

Calcule I = ∫₀2,5 x²·eˣ dx.

∫₀2,5 x²eˣ dx
I =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy33P

O plano tangente a z = 5x²y² − 3x³ − 2y² − 3xy no ponto onde (x, y) = (3, 3) pode ser escrito como z = px + qy + c. Encontre c.

f(x, y) = 5x²y² − 3x³ − 2y² − 3xy(a, b) = (3, 3)
c =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy−20−20AB

Os pontos marcados são os pontos críticos de f(x, y) = x³ + y³ + 6xy. Clique no ponto de sela.

f(x, y) = x³ + y³ + 6xy
  1. 1A (0, 0)
  2. 2B (−2, −2)
11.Sequências e sériesMédia
AΣ 1/k⁴k = 1 … ∞BΣ k!/3ᵏk = 1 … ∞CΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞DΣ k²/2ᵏk = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries diverge. Clique nela.

A: Σ 1/k⁴B: Σ k!/3ᵏC: Σ (−1)ᵏ/kD: Σ k²/2ᵏ
  1. 1A: Σ 1/k⁴
  2. 2B: Σ k!/3ᵏ
  3. 3C: Σ (−1)ᵏ/k
  4. 4D: Σ k²/2ᵏ
12.Sequências e sériesDifícil
xyfP₂0,25

Use o polinômio de Maclaurin de grau 2 de f(x) = ln(1 + 2x) para aproximar f(0,25). Dê P₂(0,25).

f(x) = ln(1 + 2x)n = 2x = 0,25
P₂(0.25) =
13.Transformadas de LaplaceMédia
ReIm−5−10−15−20−25−30−35

Encontre f(t) para F(s) = (s + 32)/(s² + 2s + 2) completando o quadrado e calcule f(1,5).

F(s) = (s + 32)/(s² + 2s + 2)t = 1,5 s
f(1.5) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Um sistema obedece a y″ + 3y′ + 2y = 4·u(t). Ele parte do repouso (y(0) = 0, y′(0) = 0) e a entrada é um degrau u(t) = 5 para t ≥ 0. Use a transformada de Laplace para encontrar a saída y(0,25).

y″ + 3y′ + 2y = 4·u(t)u(t) = 5y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t−21h(t)t23

O sinal x(t) é não nulo apenas entre t = −2 s e t = 1 s, e h(t) apenas entre t = 2 s e t = 3 s. Encontre a duração D de y(t) = x(t) ∗ h(t).

x: −2 … 1 sh: 2 … 3 s
D = s
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)1020404−4

Uma onda triangular sobe e desce linearmente entre −4 e +4 com período T = 20 ms. Encontre a amplitude c5 da sua componente de Fourier em 250 Hz.

±4T = 20 msf = 250 Hz
c5 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: T = 176,6 °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 + 358·e−0,02t

Substituir t

T(42) = 22 + 358·0,4317 = 176,6 °C

Resposta

T = 176,6 °C
2.Equações diferenciais

Resposta: m = 43,94 kg

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.

Montar a equação

dm/dt = 4·0,25 − (4/200)·m = 1 − 0,02·m

Resolva

O fator integrante é ert/V; a solução tende ao equilíbrio c·V.

m(t) = 50 + (−30)·e−t/50

Substituir t

m(80) = 50 + (−30)·0,2019 = 43,94 kg

Resposta

m = 43,94 kg
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = 42

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 = 4, M₁₂ = −4, M₁₃ = 2

Desenvolvimento por cofatores

det A = 4·4 − 4·(−4) + 5·2 = 42

Resposta

det A = 42
4.Matrizes e determinantes

Resposta: λ = 3

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 − (4)λ + (3) = 0

Resolva

λ = (4 ± √(4))/2 → λ = 1, 3
λ = 3

Resposta

λ = 3
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: θ = 35,54 °

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 = 0·0 + (−6)·(−3) + (−1)·(−3) = 21

Módulos

|a| = √(0² + (−6)² + (−1)²) = 6,083
|b| = √(0² + (−3)² + (−3)²) = 4,243

Ângulo

cos θ = 21/(6,083·4,243) = 0,8137
θ = arccos(0,8137) = 35,54°

Resposta

θ = 35,54°
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: n̂y = 0,2598

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

(a × b)x = aybz − azby = 2·0 − 2·(−5) = 10
(a × b)y = azbx − axbz = 2·2 − (−3)·0 = 4
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·(−5) − 2·2 = 11

Normalize

A componente z de a × b já é positiva.

|a × b| = √(10² + 4² + 11²) = 15,39
n̂ = (10, 4, 11)/15,39 = (0,6496, 0,2598, 0,7145)
n̂y = 0,2598

Resposta

n̂y = 0,2598
7.Integrais

Resposta: I = 1,386

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) = 2·ln x

Avaliar nos limites

I = 2·(ln 2 − ln 1) = 2·ln 2 = 1,386

Resposta

I = 1,386
8.Integrais

Resposta: I = 37,59

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.

Primeira rodada

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Segunda rodada

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Limites

12,18·(3,25) − 1·2 = 37,59

Resposta

I = 37,59
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: c = −1008

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.

Valor e inclinações no ponto

f(3, 3) = 279
fx = 10xy² − 9x² − 3y → fx(3, 3) = 180
fy = 10x²y − 4y − 3x → fy(3, 3) = 249

Plano tangente

z = 279 + 180(x − 3) + 249(y − 3)
z = 180x + 249y − 1008

Termo constante

c = −1008

Resposta

c = −1008
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: A (0, 0)

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).

Pontos críticos

Resolva fx = 0 e fy = 0 juntos.

fx = 3x² + 6y = 0
fy = 3y² + 6x = 0
(0, 0), (−2, −2)

Teste da segunda derivada

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = 6, D = −36 → ponto de sela
(−2, −2): fxx = −12, fyy = −12, fxy = 6, D = 108 → máximo local

O ponto

A (0, 0): ponto de sela

Resposta

A (0, 0)
11.Sequências e séries

Resposta: B: Σ k!/3ᵏ

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 1/k⁴ → Série-p com p = 4 > 1: converge.
B: Σ k!/3ᵏ → Teste da razão: L = lim (k + 1)/3 = ∞, diverge.
C: Σ (−1)ᵏ/k → Alternada, com 1/k decrescendo a 0: converge (condicionalmente).
D: Σ k²/2ᵏ → Teste da razão: L = 1/2 < 1, converge.

A resposta

B: Σ k!/3ᵏ

Resposta

B: Σ k!/3ᵏ
12.Sequências e séries

Resposta: P₂(0.25) = 0,375

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.

Polinômio de Maclaurin

P₂(x) = 2x − 2x²

Substituir

P₂(0,25) = 0,5 − 0,125 = 0,375

Resposta

P₂(0,25) = 0,375

O valor exato é f(0,25) = 0,405465; o erro 0,0304651 diminui quando você toma mais termos ou um ponto mais próximo de 0.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(1.5) = 6,915

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 + 2s + 2 = (s + 1)² + 1 = (s + 1)² + 1²

Associe o numerador

F(s) = 1·(s + 1)/((s + 1)² + 1²) + (31/1)·1/((s + 1)² + 1²)

Transformada inversa

f(t) = e−t·(cos 1t + 31·sin 1t)
f(1,5) = e−1,5·(cos(1·1,5) + 31·sin(1·1,5)) = 6,915

Resposta

f(1,5) = 6,915
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.25) = 0,4893

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

Y(s) = 20/(s(s + 1)(s + 2))

Frações parciais

A = 20/(1·2) = 10
B = 20/((−1)·1) = −20
C = 20/((−2)·(−1)) = 10

Saídas

y(t) = 10 − 20·e−t + 10·e−2t
y(0,25) = 0,4893

Resposta

y(0,25) = 0,4893
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: D = 4 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 = −2 + 2 = 0 s
tend = 1 + 3 = 4 s

Resposta

D = 4 s

Resposta

D = 4 s
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: c5 = 0,1297

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 = 50 Hz → k = 5

Amplitude

c5 = 8·4/(π²·5²) = 0,1297

Resposta

c5 = 0,1297

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