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″ + 8y′ + 16y = 0 com y(0) = 3 e y′(0) = 1. Encontre y(2).

y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 3y′(0) = 1
y(2) =
2.Equações diferenciaisDifícil
ty2y(2) = ?

Resolva y′ + 2y = 6e−3t com y(0) = 4. Encontre y(2).

y′ + 2y = 6e−3ty(0) = 4
y(2) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =211343−41−1

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

A = [2 1 1; 3 4 3; −4 1 −1]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =12−5−6

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

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

Encontre o produto escalar a·b de a = (6, 6, −2) e b = (−7, 0, 1).

a = (6, 6, −2)b = (−7, 0, 1)
a·b =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzab

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

a = (0, 1, −4)b = (1, 2, −2)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegraisMédia
xy01

Calcule I = ∫01 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 1]
I =
8.IntegraisDifícil
xyy = 0,5x2​y = 3x

Calcule a área A da região limitada por y = 0,5x2 e y = 3x.

y = 0,5x2y = 3x
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy0,5−1P

O plano tangente a z = 5 sin(x − y) no ponto onde (x, y) = (0,5, −1) pode ser escrito como z = px + qy + c. Encontre c.

f(x, y) = 5 sin(x − y)(a, b) = (0,5, −1)
c =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xyx = 4y = 2x48

Calcule I = ∬T (3x + y) dA sobre o triângulo T limitado por y = 0, x = 4 e y = 2x.

f = 3x + y0 ≤ x ≤ 40 ≤ y ≤ 2x
I =
11.Sequências e sériesMédia
kSn​12345678910S = ?

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

ak = 2/(k(k + 1))
S =
12.Sequências e sériesDifícil

Encontre o coeficiente c₂ de (x − 5)² na série de Taylor de f(x) = 1/x em torno de a = 5.

f(x) = 1/xa = 5k = 2
c₂ =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,25f(0,25) = ?

Encontre f(t) para F(s) = (2s + 24)/(s² + 8s + 16) e calcule f(0,25).

F(s) = (2s + 24)/(s² + 8s + 16)t = 0,25 s
f(0.25) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−2−42

Um sistema é descrito pela equação diferencial y″ + 6y′ + 18y = 3u′ + 13u, 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 = 0,1 s. Encontre g(0,1).

y″ + 6y′ + 18y = 3u′ + 13ut = 0,1 s
g(0.1) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t4h(t)t21

Um sistema tem resposta ao impulso h(t) = e−0,5tu(t). A entrada é um degrau x(t) = 4·u(t). Encontre a saída y(4) em t = 4 s.

h(t) = e−0,5tu(t)x(t) = 4·u(t)t = 4 s
y(4) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
2cos(30t)h(t) = 2e−20t​u(t)y(t)

A entrada x(t) = 2·cos(30t) é aplicada a um sistema com h(t) = 2·e−20tu(t). Encontre a amplitude Ym da saída em regime permanente.

h(t) = 2e−20tu(t)x(t) = 2cos(30t)
Ym =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(2) = 0,009728

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 + 4)² = 0 → r = −4

Constantes

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 4A → B = 1 + 12 = 13

Calcular

y(2) = (3 + 13·2)·e−8 = 0,009728

Resposta

y(2) = 0,009728
2.Equações diferenciais

Resposta: y(2) = 0,1683

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 = e2t
(e2ty)′ = 6e−t

Solução geral

y = 6/(−1)·e−3t + C·e−2t = −6·e−3t + C·e−2t

Condição inicial

4 = −6 + C → C = 10

Calcular

y(2) = −6·0,002479 + 10·0,01832 = 0,1683

Resposta

y(2) = 0,1683
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −4

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 = −7, M₁₂ = 9, M₁₃ = 19

Desenvolvimento por cofatores

det A = 2·(−7) − 1·9 + 1·19 = −4

Resposta

det A = −4
4.Matrizes e determinantes

Resposta: λ = −1

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 − (−5)λ + (4) = 0

Resolva

λ = (−5 ± √(9))/2 → λ = −4, −1
λ = −1

Resposta

λ = −1
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: a·b = −44

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 = 6·(−7) + 6·0 + (−2)·1 = (−42) + 0 + (−2) = −44

Resposta

a·b = −44

Negativo: o ângulo entre os vetores é maior que 90°.

6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: n̂y = 0,5494

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 = 1·(−2) − (−4)·2 = 6
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·1 − 0·(−2) = −4
(a × b)z = axby − aybx = 0·2 − 1·1 = −1

Normalize

A componente z de a × b é negativa, então use −(a × b).

|a × b| = √(6² + (−4)² + (−1)²) = 7,28
n̂ = −(6, −4, −1)/7,28 = (−0,8242, 0,5494, 0,1374)
n̂y = 0,5494

Resposta

n̂y = 0,5494
7.Integrais

Resposta: I = 3,195

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) = e2x/2

Avaliar nos limites

I = (e2 − 1)/2 = (7,389 − 1)/2 = 3,195

Resposta

I = 3,195
8.Integrais

Resposta: A = 18

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.

Pontos de interseção

0,5x2 = 3x → x = 0, x = 6

Integrar superior menos inferior

A = [1,5x2 − 0,1667x3]06 = 18

Resposta

A = 18
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: c = 4,457

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(0,5, −1) = 4,987
fx = 5 cos(x − y) → fx(0,5, −1) = 0,3537
fy = −5 cos(x − y) → fy(0,5, −1) = −0,3537

Plano tangente

z = 4,987 + 0,3537(x − 0,5) − 0,3537(y + 1)
z = 0,3537x − 0,3537y + 4,457

Termo constante

c = 4,457

Resposta

c = 4,457
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 170,7

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).

Limites

0 ≤ x ≤ 4, 0 ≤ y ≤ 2x

Integral interna

∫02x (3x + y) dy = 3x·2x + (2x)²/2 = 8x²

Integral externa

I = 8·4³/3 = 170,7

Resposta

I = 170,7
11.Sequências e séries

Resposta: S = 2

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

2/(k(k + 1)) = 2·(1/k − 1/(k + 1))

Cancelar

S = 2·1 = 2

Resposta

S = 2
12.Sequências e séries

Resposta: c₂ = 0,008

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⁽²⁾

f⁽²⁾(x) = 2/x³

Coeficiente

c₂ = 2/(5³·2) = 0,008
c₂ = 0,008

Resposta

c₂ = 0,008
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.25) = 2,207

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 + 8s + 16 = (s + 4)²

Frações parciais

2s + 24 = 2(s + 4) + 16
F(s) = 2/(s + 4) + 16/(s + 4)²

Transformada inversa

f(t) = 2·e−4t + 16·t·e−4t
f(0,25) = (2 + 16·0,25)·e−4·0,25 = 2,207

Resposta

f(0,25) = 2,207
14.Transformadas de Laplace

Resposta: g(0.1) = 2,415

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) = (3s + 13)/(s² + 6s + 18)

Frações parciais

s² + 6s + 18 = (s + 3)² + 3²
G(s) = 3·(s + 3)/((s + 3)² + 3²) + (4/3)·3/((s + 3)² + 3²)

Resposta ao impulso

g(t) = e−3t·(3·cos 3t + 1,333·sin 3t)
g(0,1) = 2,415

Resposta

g(0,1) = 2,415
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(4) = 6,917

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).

Convolução com um degrau

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

Calcular

y(4) = 8·(1 − e−2) = 6,917

Resposta

y(4) = 6,917
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: Ym = 0,1109

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)|.

Resposta em frequência

H(jω) = 2/(20 + jω)

Ganho na frequência da entrada

|H(j30)| = 2/√(20² + 30²) = 0,05547
Ym = 2·0,05547 = 0,1109

Resposta

Ym = 0,1109

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