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(2) = ?

Resolva y″ + 4y′ + 4y = 0 com y(0) = 3 e y′(0) = -2. Encontre y(2).

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

Um sistema obedece a y″ + 4y′ + 29y = 29 para t ≥ 0, partindo do repouso: y(0) = 0, y′(0) = 0. Encontre y(0,5); ângulos em radianos.

y″ + 4y′ + 29y = 29y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =−2−3−33011−5−3

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

A = [−2 −3 −3; 3 0 1; 1 −5 −3]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =61−22b =10−5

Resolva o sistema 6x + y = 10 e −2x + 2y = −5. Calcule x.

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

Encontre o valor de k para o qual os vetores a = (−3, 5, −6) e b = (−2, k, 3) são perpendiculares.

a = (−3, 5, −6)b = (−2, k, 3)
k =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzab

O vetor unitário n̂ é perpendicular a a = (3, 3, 5) e a b = (−4, −2, 1) e tem componente z positiva. Encontre sua componente x n̂x.

a = (3, 3, 5)b = (−4, −2, 1)n̂z > 0
n̂x =
7.IntegraisMédia
xy02

Calcule I = ∫02 e−x dx.

f(x) = e−x[0, 2]
I =
8.IntegraisDifícil
xy0,5y = x²eˣ

Calcule I = ∫₀0,5 x²·eˣ dx.

∫₀0,5 x²eˣ dx
I =
9.Cálculo de várias variáveisMédia

z = 5x³y² − 5y² − 4xy com x = −t − 1 e y = −2t² + 2. Use a regra da cadeia para encontrar dz/dt em t = 1.

z = 5x³y² − 5y² − 4xyx = −t − 1y = −2t² + 2t = 1
dz/dt =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xyx = 1,2y = x1,2

A integral I = ∫01,2 ∫y1,2 ex² dx dy não pode ser calculada nesta ordem. Inverta a ordem de integração e calcule-a.

f = ex²0 ≤ y ≤ x ≤ 1,2
I =
11.Sequências e sériesMédia
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Aplique o teste da razão a Σk=1∞ 3ᵏ·k!/kᵏ. Encontre L = lim |ak+1/ak|.

ak = 3ᵏ·k!/kᵏ
L =
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = sin x é aproximada em x = 2 pelo seu polinômio de Maclaurin de grau n. Com a cota de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! e M = 1, encontre o menor grau n que garante um erro abaixo de 1 × 10⁻⁶.

f(x) = sin xx = 2M = 1ε = 1 × 10⁻⁶
n =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,3f(0,3) = ?

Encontre f(t) para F(s) = (s + 9)/(s² + 6s + 9) e calcule f(0,3).

F(s) = (s + 9)/(s² + 6s + 9)t = 0,3 s
f(0.3) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Um sistema obedece a y″ + 9y′ + 18y = 27·u(t). Ele parte do repouso (y(0) = 0, y′(0) = 0) e a entrada é um degrau u(t) = 10 para t ≥ 0. Use a transformada de Laplace para encontrar a saída y(0,2).

y″ + 9y′ + 18y = 27·u(t)u(t) = 10y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t14h(t)t22

O pulso x(t) = 4 para 0 ≤ t < 1 s é convoluído com o pulso h(t) = 2 para 0 ≤ t < 2 s. Encontre a área Ay sob y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 4, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 2, 0 ≤ t < 2 s
Ay =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
u[n]2+y[n]0,4·z⁻¹+

Um sistema obedece a y[n] = 0,4·y[n − 1] + 2·x[n] e parte do repouso. A entrada é o degrau unitário x[n] = u[n]. Encontre y[2].

y[n] = 0,4y[n − 1] + 2x[n]x[n] = u[n]
y[2] =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(2) = 0,2015

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 = -2 + 6 = 4

Calcular

y(2) = (3 + 4·2)·e−4 = 0,2015

Resposta

y(2) = 0,2015
2.Equações diferenciais

Resposta: y(0.5) = 1,207

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 = −2 ± 5j

Constantes a partir dos valores iniciais

y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −2A + 5B = 0 → B = −0,4

Calcular

y(0,5) = 1·(1 − e−1(cos 2,5 + 0,4·sin 2,5)) = 1,207

Resposta

y(0,5) = 1,207
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = 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.

Menores 2×2 da primeira linha

M₁₁ = 5, M₁₂ = −10, M₁₃ = −15

Desenvolvimento por cofatores

det A = (−2)·5 − (−3)·(−10) + (−3)·(−15) = 5

Resposta

det A = 5
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = 1,786

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 = 6·2 − 1·(−2) = 14

Substituir a coluna de x

det Aₓ = 10·2 − 1·(−5) = 25
x = 25/14 = 1,786

Resposta

x = 1,786
y = −0,7143
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: k = 2,4

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.

Produto escalar igual a zero

a·b = (−3)·(−2) + 5·k + (−6)·3 = 0
−12 + 5·k = 0

Resolver para k

k = −(−12)/5 = 2,4

Resposta

k = 2,4
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: n̂x = 0,4798

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 = 3·1 − 5·(−2) = 13
(a × b)y = azbx − axbz = 5·(−4) − 3·1 = −23
(a × b)z = axby − aybx = 3·(−2) − 3·(−4) = 6

Normalize

A componente z de a × b já é positiva.

|a × b| = √(13² + (−23)² + 6²) = 27,09
n̂ = (13, −23, 6)/27,09 = (0,4798, −0,8489, 0,2215)
n̂x = 0,4798

Resposta

n̂x = 0,4798
7.Integrais

Resposta: I = 0,8647

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) = e−x/(−1)

Avaliar nos limites

I = (e−2 − 1)/(−1) = (0,1353 − 1)/(−1) = 0,8647

Resposta

I = 0,8647
8.Integrais

Resposta: I = 0,0609

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

1,649·(1,25) − 1·2 = 0,0609

Resposta

I = 0,0609
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: dz/dt = −32

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.

Ponto e taxas

x(1) = −2, y(1) = 0
dx/dt = −1, dy/dt = −4t = −4

Derivadas parciais

fx = 15x²y² − 4y = 0
fy = 10x³y − 10y − 4x = 8

Regra da cadeia

dz/dt = 0·(−1) + 8·(−4) = −32

Resposta

dz/dt = −32
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 1,61

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).

Região

0 ≤ y ≤ x, 0 ≤ x ≤ 1,2

Ordem invertida

I = ∫01,2 ∫0x ex² dy dx = ∫01,2 x·ex² dx

Substituição u = x²

I = [ex²/2]01,2 = 1,61

Resposta

I = 1,61
11.Sequências e séries

Resposta: L = 1,104

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| = 3·(k/(k + 1))ᵏ = 3/(1 + 1/k)ᵏ → 3/e

Conclusão

L = 1,104 > 1

Resposta

L = 1,104

L > 1, então a série diverge.

12.Sequências e séries

Resposta: n = 13

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.

n(n + 1)!cota261,3333240,666741200,266757200,08889650400,02547403200,00634983628800,001411936288000,000282210399168005,131 × 10⁻⁵114790016008,551 × 10⁻⁶1262270208001,316 × 10⁻⁶13871782912001,879 × 10⁻⁷

Cotas para n crescente

n = 12: 1,316 × 10⁻⁶ ≥ 1 × 10⁻⁶
n = 13: 1,879 × 10⁻⁷ < 1 × 10⁻⁶

Menor grau

n = 13

Resposta

n = 13
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.3) = 1,138

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 + 6s + 9 = (s + 3)²

Frações parciais

s + 9 = 1(s + 3) + 6
F(s) = 1/(s + 3) + 6/(s + 3)²

Transformada inversa

f(t) = e−3t + 6·t·e−3t
f(0,3) = (1 + 6·0,3)·e−3·0,3 = 1,138

Resposta

f(0,3) = 1,138
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.2) = 3,054

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) = 270/(s(s + 3)(s + 6))

Frações parciais

A = 270/(3·6) = 15
B = 270/((−3)·3) = −30
C = 270/((−6)·(−3)) = 15

Saídas

y(t) = 15 − 30·e−3t + 15·e−6t
y(0,2) = 3,054

Resposta

y(0,2) = 3,054
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: Ay = 16

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).

Áreas das entradas

∫x dt = 4·1 = 4
∫h dt = 2·2 = 4

Área da saída

Ay = 4·4 = 16

Resposta

Ay = 16
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y[2] = 3,12

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)|.

Itere

y[0] = 2
y[1] = 2,8
y[2] = 3,12

Resultado

y[2] = 2·(1 − (0,4)3)/(1 − 0,4) = 3,12

Resposta

y[2] = 3,12

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