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) = 1y(0,5) = ?

Resolva y″ + 6y′ + 5y = 0 com y(0) = 1 e y′(0) = 0. Encontre y(0,5).

y″ + 6y′ + 5y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(0.5) =
2.Equações diferenciaisDifícil
ty1y(1) = ?

Resolva y′ + 0,5y = 2e−2t com y(0) = 0. Encontre y(1).

y′ + 0,5y = 2e−2ty(0) = 0
y(1) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =21−3−44−4−2−31

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

A = [2 1 −3; −4 4 −4; −2 −3 1]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =3−15−3

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

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

Encontre o produto escalar a·b de a = (2, −7, 7) e b = (6, 3, 7).

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

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

A(3, −1, −4)B(3, 0, −1)C(−3, 2, −2)
A = m²
7.IntegraisMédia
xy11,5y = x ln x

Calcule I = ∫₁1,5 x·ln x dx.

∫₁1,5 x ln x dx
I =
8.IntegraisDifícil
xyy = 2x2​y = 4x

Calcule a área A da região limitada por y = 2x2 e y = 4x.

y = 2x2y = 4x
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy−2−1∇fP

Para f(x, y) = 3x²y + 5x² + 5y² − 3xy, encontre a taxa máxima de variação de f no ponto (−2, −1), isto é, |∇f|.

f(x, y) = 3x²y + 5x² + 5y² − 3xyP = (−2, −1)
|∇f| =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy02−101(1, 0)

f(x, y) = 3x² − xy + y² − 6x + y − 3 tem um ponto crítico em (1, 0). Calcule ali o discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = 3x² − xy + y² − 6x + y − 3P = (1, 0)
D =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ (7/4)ᵏk = 1 … ∞BΣ k!/3ᵏk = 1 … ∞CΣ 1/kk = 1 … ∞DΣ 1/(k(k + 3))k = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries converge. Clique nela.

A: Σ (7/4)ᵏB: Σ k!/3ᵏC: Σ 1/kD: Σ 1/(k(k + 3))
  1. 1A: Σ (7/4)ᵏ
  2. 2B: Σ k!/3ᵏ
  3. 3C: Σ 1/k
  4. 4D: Σ 1/(k(k + 3))
12.Sequências e sériesDifícil

Reconheça a série e encontre a sua soma: S = Σk=1∞ (−1)k+1·0,25ᵏ/k.

ak = (−1)k+1·0,25ᵏ/k
S =
13.Transformadas de LaplaceMédia
ReIm−2−42

Encontre f(t) para F(s) = (2s + 10)/(s² + 8s + 25) completando o quadrado e calcule f(0,2).

F(s) = (2s + 10)/(s² + 8s + 25)t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Resolva y″ + 11y′ + 30y = 0 com y(0) = −8 e y′(0) = 0 usando a transformada de Laplace e encontre y(0,2).

y″ + 11y′ + 30y = 0y(0) = −8y′(0) = 0t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t13h(t)t22

O pulso x(t) = 3 para 0 ≤ t < 1 s (zero fora disso) é aplicado a um sistema com resposta ao impulso h(t) = 2 para 0 ≤ t < 2 s (zero fora disso). Encontre a saída y(1) em t = 1 s.

x(t) = 3, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 2, 0 ≤ t < 2 st = 1 s
y(1) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)2485−5

Uma onda triangular sobe e desce linearmente entre −5 e +5 com período T = 4 ms. Encontre a amplitude c1 da sua componente de Fourier em 250 Hz.

±5T = 4 msf = 250 Hz
c1 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(0.5) = 0,7376

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.

Raízes características

(r + 1)(r + 5) = 0 → r = −1, −5

Constantes a partir dos valores iniciais

A + B = 1, −1A − 5B = 0
A = 1,25, B = −0,25

Calcular

y(0,5) = 1,25·e−0,5 + (−0,25)·e−2,5 = 0,7376

Resposta

y(0,5) = 0,7376
2.Equações diferenciais

Resposta: y(1) = 0,6283

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 = e0,5t
(e0,5ty)′ = 2e−1,5t

Solução geral

y = 2/(−1,5)·e−2t + C·e−0,5t = −1,333·e−2t + C·e−0,5t

Condição inicial

0 = −1,333 + C → C = 1,333

Calcular

y(1) = −1,333·0,1353 + 1,333·0,6065 = 0,6283

Resposta

y(1) = 0,6283
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −64

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 = −8, M₁₂ = −12, M₁₃ = 20

Desenvolvimento por cofatores

det A = 2·(−8) − 1·(−12) + (−3)·20 = −64

Resposta

det A = −64
4.Matrizes e determinantes

Resposta: λ = 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.

Equação característica

λ² − (0)λ + (−4) = 0

Resolva

λ = (0 ± √(16))/2 → λ = −2, 2
λ = 2

Resposta

λ = 2
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: a·b = 40

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 = 2·6 + (−7)·3 + 7·7 = 12 + (−21) + 49 = 40

Resposta

a·b = 40

Positivo: o ângulo entre os vetores é menor que 90°.

6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: A = 10,11 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 = (0, 1, 3)
AC = C − A = (−6, 3, 2)

Produto vetorial

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 1·2 − 3·3 = −7
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 3·(−6) − 0·2 = −18
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 0·3 − 1·(−6) = 6
|AB × AC| = √((−7)² + (−18)² + 6²) = 20,22

Área do triângulo

A = ½·20,22 = 10,11 m²

Resposta

A = 10,11 m²
7.Integrais

Resposta: I = 0,1436

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 = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2

Primitiva

∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4

Limites

(1,125·ln 1,5 − 0,5625) − (0 − 0,25) = 0,1436

Resposta

I = 0,1436
8.Integrais

Resposta: A = 2,667

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

2x2 = 4x → x = 0, x = 2

Integrar superior menos inferior

A = [2x2 − 0,6667x3]02 = 2,667

Resposta

A = 2,667
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: |∇f| = 9,434

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 = 6xy + 10x − 3y → fx(−2, −1) = −5
fy = 3x² + 10y − 3x → fy(−2, −1) = 8

Comprimento do gradiente

|∇f| = √((−5)² + 8²) = 9,434

Resposta

|∇f| = 9,434
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: D = 11

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).

Derivadas segundas

fxx = 6, fyy = 2, fxy = −1

Discriminante

D = 6·2 − (−1)² = 11
→ mínimo local

Resposta

D = 11
11.Sequências e séries

Resposta: D: Σ 1/(k(k + 3))

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 (7/4)ᵏ → Geométrica com r = 7/4 > 1: os termos crescem, então diverge.
B: Σ k!/3ᵏ → Teste da razão: L = lim (k + 1)/3 = ∞, diverge.
C: Σ 1/k → Um múltiplo da série harmônica (p = 1): diverge.
D: Σ 1/(k(k + 3)) → Menor que 1/k²: converge por comparação.

A resposta

D: Σ 1/(k(k + 3))

Resposta

D: Σ 1/(k(k + 3))
12.Sequências e séries

Resposta: S = 0,2231

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.

Séries padrão

Σ (−1)k+1xᵏ/k = ln(1 + x)

Substituir

x = 0,25
S = ln 1,25 = 0,2231

Resposta

S = 0,2231
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.2) = 0,9108

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 + 8s + 25 = (s + 4)² + 9 = (s + 4)² + 3²

Associe o numerador

F(s) = 2·(s + 4)/((s + 4)² + 3²) + (2/3)·3/((s + 4)² + 3²)

Transformada inversa

f(t) = e−4t·(2·cos 3t + 0,6667·sin 3t)
f(0,2) = e−4·0,2·(2·cos(3·0,2) + 0,6667·sin(3·0,2)) = 0,9108

Resposta

f(0,2) = 0,9108
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.2) = −5,61

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

s²Y − (−8)s − 0 + 11(sY − (−8)) + 30Y = 0
Y(s) = (−8s − 88)/((s + 5)(s + 6))

Frações parciais

A = −48/1 = −48
B = −40/(−1) = 40

Resultado

y(t) = −48·e−5t + 40·e−6t
y(0,2) = −5,61

Resposta

y(0,2) = −5,61

Verificação: y(0) = A + B = −8.

15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(1) = 6

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).

Sobreposição do pulso invertido

h(t − τ) é o pulso de h invertido e deslocado de modo que termine em τ = t.

τ ∈ [0, 1] → comprimento 1 s

Integral

y(1) = 3·2·1 = 6

Resposta

y(1) = 6

y(t) é um trapézio: sobe a partir de 0, fica em 6 e volta a 0 em t = 3 s.

16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: c1 = 4,053

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 = 250 Hz → k = 1

Amplitude

c1 = 8·5/(π²·1²) = 4,053

Resposta

c1 = 4,053

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