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)29Ta​24 °C

Uma lata de refrigerante a 5 °C é tirada da geladeira e levada para uma sala a 26 °C. Após 29 min sua temperatura é 24 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Encontre a constante k em min⁻¹.

T0 = 5 °CTa = 26 °CT(29) = 24 °C
k = min⁻¹
2.Equações diferenciaisDifícil
ty1y(1) = ?

Resolva y′ + 3y = 8e−t com y(0) = 1. Encontre y(1).

y′ + 3y = 8e−ty(0) = 1
y(1) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =315−51−2−2−23

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

A = [3 1 5; −5 1 −2; −2 −2 3]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =63−9−6

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

A = [6 3; −9 −6]
λ =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzdFAB

Uma força constante F = (−15, 0, −15) N atua sobre um objeto enquanto ele se move em linha reta do ponto A(−4, 1, −4) ao ponto B(0, −4, 2). As coordenadas estão em metros. Encontre o trabalho W realizado pela força.

F = (−15, 0, −15) NA(−4, 1, −4) mB(0, −4, 2) m
W = J
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzab

O vetor unitário n̂ é perpendicular a a = (5, 0, −2) e a b = (−5, 4, −1) e tem componente z positiva. Encontre sua componente x n̂x.

a = (5, 0, −2)b = (−5, 4, −1)n̂z > 0
n̂x =
7.IntegraisMédia
xy1y = x

A região sob y = x, de x = 0 até x = 1, gira em torno do eixo x. Encontre o volume V do sólido (um cone).

y = x0 ≤ x ≤ 1
V =
8.IntegraisDifícil
xy3y = x²eˣ

Calcule I = ∫₀3 x²·eˣ dx.

∫₀3 x²eˣ dx
I =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy−3−2−10102vP

Para f(x, y) = 2 ln(x² + 2y²), encontre a derivada direcional Duf em (−1, 1) na direção de v = (0, −2).

f(x, y) = 2 ln(x² + 2y²)P = (−1, 1)v = (0, −2)
Duf =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy−50−2024(−3, 3)

Encontre os pontos críticos de f(x, y) = −2x² + 2xy − 2y² − 18x + 18y − 4, classifique-os e dê o valor fmax de f no seu máximo local.

f(x, y) = −2x² + 2xy − 2y² − 18x + 18y − 4
fmax =
11.Sequências e sériesMédia
xx₀ = 3??R

Encontre o raio de convergência R da série de potências Σk=1∞ 3ᵏ·(x − 3)ᵏ/(k + 1).

Σ 3ᵏ·(x − 3)ᵏ/(k + 1)x₀ = 3
R =
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = sin x é aproximada em x = 0,5 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 0,001.

f(x) = sin xx = 0,5M = 1ε = 0,001
n =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,1f(0,1) = ?

Encontre f(t) para F(s) = 45/(s(s + 4)(s + 5)) por frações parciais e calcule f(0,1).

F(s) = 45/(s(s + 4)(s + 5))t = 0,1 s
f(0.1) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−55

Um sistema é descrito pela equação diferencial y″ + 2y′ + 26y = 2u′ + 14u, com entrada u(t) e saída y(t). Encontre sua função de transferência G(s) = Y(s)/U(s) (condições iniciais nulas) e calcule a resposta ao impulso g(t) em t = 0,3 s. Encontre g(0,3).

y″ + 2y′ + 26y = 2u′ + 14ut = 0,3 s
g(0.3) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t10h(t)t1

A entrada x(t) = 10·e−5tu(t) é aplicada a um sistema com h(t) = e−2tu(t). Encontre a saída y(1) em t = 1 s.

x(t) = 10·e−5tu(t)h(t) = e−2tu(t)t = 1 s
y(1) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)0,62410

Um trem de pulsos tem altura 10, largura de pulso 0,6 ms e período 2 ms. Encontre a amplitude c3 do harmônico de número 3, em 1500 Hz.

A = 10τ = 0,6 msT = 2 ms
c3 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: k = 0,08108 min⁻¹

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.

Razão das diferenças de temperatura

e−29k = -2/-21

Resolver para k

k = ln(-21/-2)/29 = 0,08108 min⁻¹

Resposta

k = 0,08108 min⁻¹
2.Equações diferenciais

Resposta: y(1) = 1,322

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 = e3t
(e3ty)′ = 8e2t

Solução geral

y = 8/2·e−t + C·e−3t = 4·e−t + C·e−3t

Condição inicial

1 = 4 + C → C = −3

Calcular

y(1) = 4·0,3679 + (−3)·0,04979 = 1,322

Resposta

y(1) = 1,322
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = 76

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 = −1, M₁₂ = −19, M₁₃ = 12

Desenvolvimento por cofatores

det A = 3·(−1) − 1·(−19) + 5·12 = 76

Resposta

det A = 76
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 − (0)λ + (−9) = 0

Resolva

λ = (0 ± √(36))/2 → λ = −3, 3
λ = 3

Resposta

λ = 3
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: W = −150 J

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.

Deslocamento

d = B − A = (0, −4, 2) − (−4, 1, −4) = (4, −5, 6) m

Trabalho

W = F·d = (−15)·4 + 0·(−5) + (−15)·6 = −150 J

Resposta

W = −150 J

Trabalho negativo: a força atua principalmente contra o movimento.

6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: n̂x = 0,3048

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 = 0·(−1) − (−2)·4 = 8
(a × b)y = azbx − axbz = (−2)·(−5) − 5·(−1) = 15
(a × b)z = axby − aybx = 5·4 − 0·(−5) = 20

Normalize

A componente z de a × b já é positiva.

|a × b| = √(8² + 15² + 20²) = 26,25
n̂ = (8, 15, 20)/26,25 = (0,3048, 0,5715, 0,7619)
n̂x = 0,3048

Resposta

n̂x = 0,3048
7.Integrais

Resposta: V = 1,047

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∫₀1 1x² dx

Integrar

V = π·1·1³/3 = 1,047

Resposta

V = 1,047

Verificação: um cone de raio 1 e altura 1 tem (1/3)πr²h = 1,047.

8.Integrais

Resposta: I = 98,43

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

20,09·(5) − 1·2 = 98,43

Resposta

I = 98,43
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: Duf = −2,667

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 = 4x/(x² + 2y²) → fx(−1, 1) = −1,333
fy = 8y/(x² + 2y²) → fy(−1, 1) = 2,667

Vetor unitário

|v| = √(0² + (−2)²) = 2
u = (0, −1)

Produto escalar

Duf = (−1,333)·0 + 2,667·(−1) = −2,667

Resposta

Duf = −2,667
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: fmax = 50

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 = −4x + 2y − 18 = 0
fy = 2x − 4y + 18 = 0
(−3, 3)

Teste da segunda derivada

(−3, 3): fxx = −4, fyy = −4, fxy = 2, D = 12 → máximo local

Valor no extremo

f(−3, 3) = 50

Resposta

fmax = 50
11.Sequências e séries

Resposta: R = 0,3333

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.

Coeficientes

ck/ck+1 = (1/3)·(k + 2)/(k + 1) → 0,3333

Raio

R = 0,3333

Resposta

R = 0,3333

O teste da razão nada diz nos dois extremos; eles precisam ser verificados separadamente.

12.Sequências e séries

Resposta: n = 4

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)!cota010,5120,125260,020833240,00260441200,0002604

Cotas para n crescente

n = 3: 0,002604 ≥ 0,001
n = 4: 0,0002604 < 0,001

Menor grau

n = 4

Resposta

n = 4
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.1) = 0,1677

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 + 4) + C/(s + 5)
A = 45/(4·5) = 2,25
B = 45/((−4)·1) = −11,25
C = 45/((−5)·(−1)) = 9

Transformada inversa

f(t) = 2,25 − 11,25·e−4t + 9·e−5t

Calcular

f(0,1) = 2,25 − 11,25·e−4·0,1 + 9·e−5·0,1 = 0,1677

Resposta

f(0,1) = 0,1677
14.Transformadas de Laplace

Resposta: g(0.3) = 1,878

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).

Função de transferência

G(s) = Y(s)/U(s) = (2s + 14)/(s² + 2s + 26)

Frações parciais

s² + 2s + 26 = (s + 1)² + 5²
G(s) = 2·(s + 1)/((s + 1)² + 5²) + (12/5)·5/((s + 1)² + 5²)

Resposta ao impulso

g(t) = e−t·(2·cos 5t + 2,4·sin 5t)
g(0,3) = 1,878

Resposta

g(0,3) = 1,878
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(1) = 0,4287

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) = 10e−2t∫₀ᵗ e−(5 − 2)τ dτ = 10(e−2t − e−5t)/(3)

Calcular

y(1) = 10·(0,1353 − 0,006738)/(3) = 0,4287

Resposta

y(1) = 0,4287
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: c3 = 0,6558

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 = 0,6/2 = 0,3

Amplitude do harmônico

c3 = (2·10/(3π))·|sin(3π·0,3)| = 0,6558

Resposta

c3 = 0,6558

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