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)26Ta​T = ?

Uma lata de refrigerante a 3 °C é tirada da geladeira e levada para uma sala a 22 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Com k = 0,05 min⁻¹, encontre a sua temperatura T após 26 min.

T0 = 3 °CTa = 22 °Ck = 0,05 min⁻¹t = 26 min
T = °C
2.Equações diferenciaisDifícil
t (min)m (kg)t = ?14 kg

Um tanque contém 200 L de água pura. Salmoura com 0,1 kg de sal por litro entra a 4 L/min, e a solução bem misturada sai na mesma vazão. Após quantos minutos t o tanque contém 14 kg de sal?

V = 200 Lm0 = 0 kgc = 0,1 kg/Lr = 4 L/min
t = min
3.Matrizes e determinantesMédia
A =−1−5−1−3−1−5444

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

A = [−1 −5 −1; −3 −1 −5; 4 4 4]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =3241b =9−6

Resolva o sistema 3x + 2y = 9 e 4x + y = −6. Calcule x.

3x + 2y = 94x + y = −6
x =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre a projeção escalar compb a de a = (−2, −7, 2) sobre b = (−2, −3, −4), isto é, a componente de a na direção de b.

a = (−2, −7, 2)b = (−2, −3, −4)
compb a =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzABC

Encontre a área A do triângulo de vértices A(−1, 0, 4), B(−4, 4, 4) e C(−1, 2, 3). As coordenadas estão em metros.

A(−1, 0, 4)B(−4, 4, 4)C(−1, 2, 3)
A = m²
7.IntegraisMédia
xyπ/2y = x·sin x

Calcule I = ∫₀π/2 x·sin x dx (x em radianos).

∫₀π/2 x·sin x dx
I =
8.IntegraisDifícil
xyy = 0,5x2​y = 2x

Calcule a área A da região limitada por y = 0,5x2 e y = 2x.

y = 0,5x2y = 2x
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy12∇fP

Para f(x, y) = 5xy² − 3x² − y³ + xy, encontre a taxa máxima de variação de f no ponto (1, 2), isto é, |∇f|.

f(x, y) = 5xy² − 3x² − y³ + xyP = (1, 2)
|∇f| =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xyy = 4xy = x²416

Encontre a área I = ∬R 1 dA da região R entre a parábola y = x² e a reta y = 4x.

y = x²y = 4xf = 1
I =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞BΣ 1/k²k = 1 … ∞CΣ k!/10ᵏk = 1 … ∞DΣ 1/(4k + 3)k = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries converge. Clique nela.

A: Σ (1 + 1/k)ᵏB: Σ 1/k²C: Σ k!/10ᵏD: Σ 1/(4k + 3)
  1. 1A: Σ (1 + 1/k)ᵏ
  2. 2B: Σ 1/k²
  3. 3C: Σ k!/10ᵏ
  4. 4D: Σ 1/(4k + 3)
12.Sequências e sériesDifícil
xyfP₃−0,5

Use o polinômio de Maclaurin de grau 3 de f(x) = sin(3x) para aproximar f(−0,5). Dê P₃(−0,5).

f(x) = sin(3x)n = 3x = −0,5
P₃(−0.5) =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,4f(0,4) = ?

Encontre f(t) para F(s) = (s + 28)/(s² + 6s + 9) e calcule f(0,4).

F(s) = (s + 28)/(s² + 6s + 9)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

Um sistema obedece a y″ + 7y′ + 10y = 10·u(t), com y(0) = 3 e y′(0) = 0. Em t = 0 é aplicada uma entrada em degrau u(t) = 2. Use a transformada de Laplace para encontrar y(0,3).

y″ + 7y′ + 10y = 10·u(t)y(0) = 3y′(0) = 0u(t) = 2t = 0,3 s
y(0.3) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t15h(t)t43

O pulso x(t) = 5 para 0 ≤ t < 1 s é convoluído com o pulso h(t) = 3 para 0 ≤ t < 4 s. Encontre a área Ay sob y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 5, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 3, 0 ≤ t < 4 s
Ay =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
δ(t)y′ + 10y = 10xh(t)

Um sistema obedece a y′(t) + 10·y(t) = 10·x(t). Encontre sua resposta ao impulso em t = 0,1 s, h(0,1).

y′ + 10y = 10xt = 0,1 s
h(0.1) =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: T = 16,82 °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 + (−19)·e−0,05t

Substituir t

T(26) = 22 + (−19)·0,2725 = 16,82 °C

Resposta

T = 16,82 °C
2.Equações diferenciais

Resposta: t = 60,2 min

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.

Resultado

m(t) = 20 + (−20)·e−t/50

Resolver para t

e−t/50 = (20 − 14)/(20 − 0) = 0,3
t = 50·ln(3,333) = 60,2 min

Resposta

t = 60,2 min
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = 32

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 = 16, M₁₂ = 8, M₁₃ = −8

Desenvolvimento por cofatores

det A = (−1)·16 − (−5)·8 + (−1)·(−8) = 32

Resposta

det A = 32
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = −4,2

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 = 3·1 − 2·4 = −5

Substituir a coluna de x

det Aₓ = 9·1 − 2·(−6) = 21
x = 21/(−5) = −4,2

Resposta

x = −4,2
y = 10,8
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: compb a = 3,157

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 = (−2)·(−2) + (−7)·(−3) + 2·(−4) = 17

Comprimento de b

|b| = √((−2)² + (−3)² + (−4)²) = 5,385

Projeção escalar

compb a = a·b/|b| = 17/5,385 = 3,157

Resposta

compb a = 3,157
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: A = 3,905 m²

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.

Vetores das arestas

AB = B − A = (−3, 4, 0)
AC = C − A = (0, 2, −1)

Produto vetorial

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 4·(−1) − 0·2 = −4
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 0·0 − (−3)·(−1) = −3
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = (−3)·2 − 4·0 = −6
|AB × AC| = √((−4)² + (−3)² + (−6)²) = 7,81

Área do triângulo

A = ½·7,81 = 3,905 m²

Resposta

A = 3,905 m²
7.Integrais

Resposta: I = 1

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.

Escolha u e dv

u = x, du = dx; dv = sin x dx, v = −cos x

Primitiva

∫x sin x dx = −x cos x + ∫cos x dx = −x cos x + sin x

Limites

(−π/2·cos π/2 + sin π/2) − (0 + 0) = 1

Resposta

I = 1
8.Integrais

Resposta: A = 5,333

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 = 2x → x = 0, x = 4

Integrar superior menos inferior

A = [x2 − 0,1667x3]04 = 5,333

Resposta

A = 5,333
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: |∇f| = 18,36

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.

Derivadas parciais

fx = 5y² − 6x + y → fx(1, 2) = 16
fy = 10xy − 3y² + x → fy(1, 2) = 9

Comprimento do gradiente

|∇f| = √(16² + 9²) = 18,36

Resposta

|∇f| = 18,36
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 10,67

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).

Interseções

x² = 4x → x = 0, x = 4

Integral interna

∫x²4x 1 dy = 4x − x²

Integral externa

I = ∫04 (4x − x²) dx = 10,67

Resposta

I = 10,67
11.Sequências e séries

Resposta: B: Σ 1/k²

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 + 1/k)ᵏ → Os termos tendem a e, e não a 0: diverge pelo teste do n-ésimo termo.
B: Σ 1/k² → Série-p com p = 2 > 1: converge.
C: Σ k!/10ᵏ → Teste da razão: L = lim (k + 1)/10 = ∞, diverge.
D: Σ 1/(4k + 3) → Comporta-se como 1/(4k) para k grande; comparada com a série harmônica, diverge.

A resposta

B: Σ 1/k²

Resposta

B: Σ 1/k²
12.Sequências e séries

Resposta: P₃(−0.5) = −0,9375

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

P₃(x) = 3x − 4,5x³

Substituir

P₃(−0,5) = −1,5 + 0,5625 = −0,9375

Resposta

P₃(−0,5) = −0,9375

O valor exato é f(−0,5) = −0,997495; o erro −0,059995 diminui quando você toma mais termos ou um ponto mais próximo de 0.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.4) = 3,313

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 + 28 = 1(s + 3) + 25
F(s) = 1/(s + 3) + 25/(s + 3)²

Transformada inversa

f(t) = e−3t + 25·t·e−3t
f(0,4) = (1 + 25·0,4)·e−3·0,4 = 3,313

Resposta

f(0,4) = 3,313
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.3) = 2,766

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 + 7s + 10)·Y(s) = 3s + 21 + 20/s
Y(s) = (3s² + 21s + 20)/(s(s + 2)(s + 5))

Frações parciais

A = 20/(2·5) = 2
B = −10/((−2)·3) = 1,667
C = −10/((−5)·(−3)) = −0,6667

Resultado

y(t) = 2 + 1,667·e−2t − 0,6667·e−5t
y(0,3) = 2,766

Resposta

y(0,3) = 2,766

Verificação: y(0) = A + B + C = 3.

15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: Ay = 60

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 = 5·1 = 5
∫h dt = 3·4 = 12

Área da saída

Ay = 5·12 = 60

Resposta

Ay = 60
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: h(0.1) = 3,679

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) = 10/(s + 10)

Resposta ao impulso

h(t) = 10·e−10tu(t)
h(0,1) = 10·e−1 = 3,679

Resposta

h(0,1) = 3,679

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