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)13Ta​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 = 0,03 min⁻¹, encontre a sua temperatura T após 13 min.

T0 = 3 °CTa = 22 °Ck = 0,03 min⁻¹t = 13 min
T = °C
2.Equações diferenciaisDifícil
t (min)m (kg)t = ?8 kg

Um tanque contém 200 L de água na qual estão dissolvidos 5 kg de sal. Salmoura com 0,05 kg de sal por litro entra a 20 L/min, e a solução bem misturada sai na mesma vazão. Após quantos minutos t o tanque contém 8 kg de sal?

V = 200 Lm0 = 5 kgc = 0,05 kg/Lr = 20 L/min
t = min
3.Matrizes e determinantesMédia
A =1−230−42−1−3−3

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

A = [1 −2 3; 0 −4 2; −1 −3 −3]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =1263b =−14

Resolva o sistema x + 2y = −1 e 6x + 3y = 4. Calcule x.

x + 2y = −16x + 3y = 4
x =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzdFAB

Uma força constante F = (−15, 5, 0) N atua sobre um objeto enquanto ele se move em linha reta do ponto A(0, −5, −2) ao ponto B(−5, 3, −4). As coordenadas estão em metros. Encontre o trabalho W realizado pela força.

F = (−15, 5, 0) NA(0, −5, −2) mB(−5, 3, −4) m
W = J
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzrFOA

Uma força F = (−30, −40, −60) N atua no ponto A(3, −1, −1). As coordenadas estão em metros. Encontre o módulo |M| do momento da força em relação a a origem O(0, 0, 0).

F = (−30, −40, −60) NA(3, −1, −1) mO(0, 0, 0) m
|M| = N·m
7.IntegraisMédia
xy24

Calcule I = ∫24 1/x dx.

f(x) = 1/x[2, 4]
I =
8.IntegraisDifícil
xy−22

Calcule a área A da região entre a parábola y = 4 − x² e o eixo x.

y = 4 − x²
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy31P

O plano tangente a z = 5x²y³ − 5x³ − 5y² − 2xy no ponto onde (x, y) = (3, 1) pode ser escrito como z = px + qy + c. Encontre c.

f(x, y) = 5x²y³ − 5x³ − 5y² − 2xy(a, b) = (3, 1)
c =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy−202−202(0, 0)(2, 2)(−2, −2)

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy tem um ponto crítico em (2, 2). Calcule ali o discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xyP = (2, 2)
D =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ ln k / kk = 1 … ∞BΣ (7/4)ᵏk = 1 … ∞CΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞DΣ k!/10ᵏk = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries converge. Clique nela.

A: Σ ln k / kB: Σ (7/4)ᵏC: Σ (−1)ᵏ/kD: Σ k!/10ᵏ
  1. 1A: Σ ln k / k
  2. 2B: Σ (7/4)ᵏ
  3. 3C: Σ (−1)ᵏ/k
  4. 4D: Σ k!/10ᵏ
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = sin x é aproximada em x = 1,5 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 1 × 10⁻⁵.

f(x) = sin xx = 1,5M = 1ε = 1 × 10⁻⁵
n =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,2f(0,2) = ?

Encontre f(t) para F(s) = (5s + 8)/(s² + 4s + 4) e calcule f(0,2).

F(s) = (5s + 8)/(s² + 4s + 4)t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Resolva y″ + 8y′ + 12y = 0 com y(0) = 2 e y′(0) = 1 usando a transformada de Laplace e encontre y(0,25).

y″ + 8y′ + 12y = 0y(0) = 2y′(0) = 1t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t5h(t)t1

A entrada x(t) = 5·e−4tu(t) é aplicada a um sistema com h(t) = e−2tu(t). Encontre a saída y(1,5) em t = 1,5 s.

x(t) = 5·e−4tu(t)h(t) = e−2tu(t)t = 1,5 s
y(1.5) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
5cos(30t)h(t) = 5e−10t​u(t)y(t)

A entrada x(t) = 5·cos(30t) é aplicada a um sistema com h(t) = 5·e−10tu(t). Encontre a amplitude Ym da saída em regime permanente.

h(t) = 5e−10tu(t)x(t) = 5cos(30t)
Ym =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: T = 9,136 °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−0,03t

Substituir t

T(13) = 22 + (−19)·0,6771 = 9,136 °C

Resposta

T = 9,136 °C
2.Equações diferenciais

Resposta: t = 9,163 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) = 10 + (−5)·e−t/10

Resolver para t

e−t/10 = (10 − 8)/(10 − 5) = 0,4
t = 10·ln(2,5) = 9,163 min

Resposta

t = 9,163 min
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = 10

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 = 18, M₁₂ = 2, M₁₃ = −4

Desenvolvimento por cofatores

det A = 1·18 − (−2)·2 + 3·(−4) = 10

Resposta

det A = 10
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = 1,222

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 = 1·3 − 2·6 = −9

Substituir a coluna de x

det Aₓ = (−1)·3 − 2·4 = −11
x = −11/(−9) = 1,222

Resposta

x = 1,222
y = −1,111
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: W = 115 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 = (−5, 3, −4) − (0, −5, −2) = (−5, 8, −2) m

Trabalho

W = F·d = (−15)·(−5) + 5·8 + 0·(−2) = 115 J

Resposta

W = 115 J
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: |M| = 258,8 N·m

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.

Vetor de posição de O a A

r = A − O = (3, −1, −1) − (0, 0, 0) = (3, −1, −1) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−1)·(−60) − (−1)·(−40) = 20 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−1)·(−30) − 3·(−60) = 210 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = 3·(−40) − (−1)·(−30) = −150 N·m

Módulo

|M| = √(20² + 210² + (−150)²) = 258,8 N·m

Resposta

|M| = 258,8 N·m
7.Integrais

Resposta: I = 0,6931

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) = ln x

Avaliar nos limites

I = (ln 4 − ln 2) = ln 2 = 0,6931

Resposta

I = 0,6931
8.Integrais

Resposta: A = 10,67

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.

Zeros

4 − x² = 0 → x = ±2

Integrar

A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67

Resposta

A = 10,67
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: c = 101

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(3, 1) = −101
fx = 10xy³ − 15x² − 2y → fx(3, 1) = −107
fy = 15x²y² − 10y − 2x → fy(3, 1) = 119

Plano tangente

z = −101 − 107(x − 3) + 119(y − 1)
z = −107x + 119y + 101

Termo constante

c = 101

Resposta

c = 101
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: D = 2048

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 = 48, fyy = 48, fxy = −16

Discriminante

D = 48·48 − (−16)² = 2048
→ mínimo local

Resposta

D = 2048
11.Sequências e séries

Resposta: C: Σ (−1)ᵏ/k

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 ln k / k → Maior que 1/k para k ≥ 3: diverge por comparação com a série harmônica.
B: Σ (7/4)ᵏ → Geométrica com r = 7/4 > 1: os termos crescem, então diverge.
C: Σ (−1)ᵏ/k → Alternada, com 1/k decrescendo a 0: converge (condicionalmente).
D: Σ k!/10ᵏ → Teste da razão: L = lim (k + 1)/10 = ∞, diverge.

A resposta

C: Σ (−1)ᵏ/k

Resposta

C: Σ (−1)ᵏ/k
12.Sequências e séries

Resposta: n = 10

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)!cota011,5121,125260,56253240,210941200,0632857200,01582650400,003397403200,000635683628800,0001059936288001,589 × 10⁻⁵10399168002,167 × 10⁻⁶

Cotas para n crescente

n = 9: 1,589 × 10⁻⁵ ≥ 1 × 10⁻⁵
n = 10: 2,167 × 10⁻⁶ < 1 × 10⁻⁵

Menor grau

n = 10

Resposta

n = 10
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.2) = 3,083

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 + 4s + 4 = (s + 2)²

Frações parciais

5s + 8 = 5(s + 2) + −2
F(s) = 5/(s + 2) − 2/(s + 2)²

Transformada inversa

f(t) = 5·e−2t − 2·t·e−2t
f(0,2) = (5 − 2·0,2)·e−2·0,2 = 3,083

Resposta

f(0,2) = 3,083
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.25) = 1,692

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 − 2s − 1 + 8(sY − 2) + 12Y = 0
Y(s) = (2s + 17)/((s + 2)(s + 6))

Frações parciais

A = 13/4 = 3,25
B = 5/(−4) = −1,25

Resultado

y(t) = 3,25·e−2t − 1,25·e−6t
y(0,25) = 1,692

Resposta

y(0,25) = 1,692

Verificação: y(0) = A + B = 2.

15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(1.5) = 0,1183

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) = 5e−2t∫₀ᵗ e−(4 − 2)τ dτ = 5(e−2t − e−4t)/(2)

Calcular

y(1,5) = 5·(0,04979 − 0,002479)/(2) = 0,1183

Resposta

y(1,5) = 0,1183
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: Ym = 0,7906

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) = 5/(10 + jω)

Ganho na frequência da entrada

|H(j30)| = 5/√(10² + 30²) = 0,1581
Ym = 5·0,1581 = 0,7906

Resposta

Ym = 0,7906

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