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)14Ta​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 = 0,1 min⁻¹, encontre a sua temperatura T após 14 min.

T0 = 3 °CTa = 22 °Ck = 0,1 min⁻¹t = 14 min
T = °C
2.Equações diferenciaisDifícil
xy13(1, −2)y(3) = ?

Resolva o problema de valor inicial y′ + y/x = 5x2 para x > 0, com y(1) = −2. Encontre y(3).

y′ + y/x = 5x2y(1) = −2
y(3) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =204−2B =−3−5−6−1

Seja C = AB para as matrizes apresentadas. Calcule o elemento c11 (linha 1, coluna 1).

A = [2 0; 4 −2]B = [−3 −5; −6 −1]
c11 =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =−2−4−44

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

A = [−2 −4; −4 4]
λ =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o valor de k para o qual os vetores a = (−1, −5, 6) e b = (k, 1, −2) são perpendiculares.

a = (−1, −5, 6)b = (k, 1, −2)
k =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzab

O vetor unitário n̂ é perpendicular a a = (3, 2, 4) e a b = (−2, −5, −2) e tem componente z positiva. Encontre sua componente x n̂x.

a = (3, 2, 4)b = (−2, −5, −2)n̂z > 0
n̂x =
7.IntegraisMédia
xy03

Calcule I = ∫03 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 3]
I =
8.IntegraisDifícil
xy−33

Calcule a área A da região entre a parábola y = 9 − x² e o eixo x.

y = 9 − x²
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy11∇fP

Para f(x, y) = 3x³e3y, encontre a taxa máxima de variação de f no ponto (1, 1), isto é, |∇f|.

f(x, y) = 3x³e3yP = (1, 1)
|∇f| =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy−505−4−202(3, −1)(−3, −1)

f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 2y tem um ponto crítico em (−3, −1). Calcule ali o discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 2yP = (−3, −1)
D =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ k²/3ᵏk = 1 … ∞BΣ 3ᵏ/k²k = 1 … ∞CΣ (7/4)ᵏk = 1 … ∞DΣ k/(k + 1)k = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries converge. Clique nela.

A: Σ k²/3ᵏB: Σ 3ᵏ/k²C: Σ (7/4)ᵏD: Σ k/(k + 1)
  1. 1A: Σ k²/3ᵏ
  2. 2B: Σ 3ᵏ/k²
  3. 3C: Σ (7/4)ᵏ
  4. 4D: Σ k/(k + 1)
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = eˣ é aproximada pelo seu polinômio de Maclaurin de grau 3 em x = 0,5. Use a cota de erro de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! com M = e0,5 = 1,649 para encontrar o maior erro possível |R₃|.

f(x) = eˣn = 3x = 0,5M = 1,649
|R₃| =
13.Transformadas de LaplaceMédia
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−81

F(s) = (3s + 17)/(s² + 8s + 7). Sua transformada inversa tem a forma f(t) = A·e−t + B·e−7t. Encontre o coeficiente A por frações parciais.

F(s) = (3s + 17)/(s² + 8s + 7)
A =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,6y(0,6) = ?

Resolva y″ + 4y′ + 3y = 0 com y(0) = 9 e y′(0) = 4 usando a transformada de Laplace e encontre y(0,6).

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 9y′(0) = 4t = 0,6 s
y(0.6) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t1h(t)t1

A entrada x(t) = 1·e−6tu(t) é aplicada a um sistema com h(t) = e−2tu(t). Encontre a saída y(2) em t = 2 s.

x(t) = 1·e−6tu(t)h(t) = e−2tu(t)t = 2 s
y(2) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
δ[n]2+h[n]−0,8·z⁻¹+

Um sistema obedece a y[n] = −0,8·y[n − 1] + 2·x[n] e parte do repouso. Encontre a amostra h[4] da sua resposta ao impulso.

y[n] = −0,8y[n − 1] + 2x[n]x[n] = δ[n]
h[4] =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: T = 17,31 °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−0,1t

Substituir t

T(14) = 22 + (−19)·0,2466 = 17,31 °C

Resposta

T = 17,31 °C
2.Equações diferenciais

Resposta: y(3) = 32,67

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 = e∫1/x dx = x1

Integrar

(x1y)′ = 5x3 → x1y = 5x4/4 + C

Condição inicial

−2 = 5/4 + C → C = −3,25

Calcular

y(3) = (5·34/4 + (−3,25))/31 = 32,67

Resposta

y(3) = 32,67
3.Matrizes e determinantes

Resposta: c11 = −6

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.

Linha vezes coluna

c11 = 2·(−3) + 0·(−6) = −6

Resposta

c11 = −6
4.Matrizes e determinantes

Resposta: λ = 6

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 − (2)λ + (−24) = 0

Resolva

λ = (2 ± √(100))/2 → λ = −4, 6
λ = 6

Resposta

λ = 6
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: k = −17

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 igual a zero

a·b = (−1)·k + (−5)·1 + 6·(−2) = 0
−17 + (−1)·k = 0

Resolver para k

k = −(−17)/(−1) = −17

Resposta

k = −17
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: n̂x = −0,8197

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 = 2·(−2) − 4·(−5) = 16
(a × b)y = azbx − axbz = 4·(−2) − 3·(−2) = −2
(a × b)z = axby − aybx = 3·(−5) − 2·(−2) = −11

Normalize

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

|a × b| = √(16² + (−2)² + (−11)²) = 19,52
n̂ = −(16, −2, −11)/19,52 = (−0,8197, 0,1025, 0,5635)
n̂x = −0,8197

Resposta

n̂x = −0,8197
7.Integrais

Resposta: I = 201,2

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 = (e6 − 1)/2 = (403,4 − 1)/2 = 201,2

Resposta

I = 201,2
8.Integrais

Resposta: A = 36

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

9 − x² = 0 → x = ±3

Integrar

A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36

Resposta

A = 36
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: |∇f| = 255,6

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 = 9x²e3y → fx(1, 1) = 180,8
fy = 9x³e3y → fy(1, 1) = 180,8

Comprimento do gradiente

|∇f| = √(180,8² + 180,8²) = 255,6

Resposta

|∇f| = 255,6
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: D = −36

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 = 18, fyy = −2, fxy = 0

Discriminante

D = 18·(−2) − 0² = −36
→ ponto de sela

Resposta

D = −36
11.Sequências e séries

Resposta: A: Σ k²/3ᵏ

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 k²/3ᵏ → Teste da razão: L = 1/3 < 1, converge.
B: Σ 3ᵏ/k² → Teste da razão: L = 3 > 1, diverge.
C: Σ (7/4)ᵏ → Geométrica com r = 7/4 > 1: os termos crescem, então diverge.
D: Σ k/(k + 1) → Os termos tendem a 1, e não a 0: diverge pelo teste do n-ésimo termo.

A resposta

A: Σ k²/3ᵏ

Resposta

A: Σ k²/3ᵏ
12.Sequências e séries

Resposta: |R₃| = 0,004294

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.

Cota para a derivada

M = e0,5 = 1,649

Cota de Lagrange

|R₃| ≤ 1,649·0,5⁴/4! = 0,004294

Resposta

|R₃| = 0,004294

O erro verdadeiro é menor: |f(0,5) − P₃(0,5)| = 0,002888.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: A = 2,333

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 + 7 = (s + 1)(s + 7)
F(s) = A/(s + 1) + B/(s + 7)

Regra de cobertura

Multiplique por (s + 1) e faça s = −1: o termo em B desaparece.

A = (3s + 17)/(s + 7) |s = −1 = 14/6 = 2,333

Resposta

A = 2,333
(B = 0,6667, então f(t) = 2,333·e−t + 0,6667·e−7t)
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.6) = 7,432

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 − 9s − 4 + 4(sY − 9) + 3Y = 0
Y(s) = (9s + 40)/((s + 1)(s + 3))

Frações parciais

A = 31/2 = 15,5
B = 13/(−2) = −6,5

Resultado

y(t) = 15,5·e−t − 6,5·e−3t
y(0,6) = 7,432

Resposta

y(0,6) = 7,432

Verificação: y(0) = A + B = 9.

15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(2) = 0,004577

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) = 1e−2t∫₀ᵗ e−(6 − 2)τ dτ = 1(e−2t − e−6t)/(4)

Calcular

y(2) = 1·(0,01832 − 6,144 × 10⁻⁶)/(4) = 0,004577

Resposta

y(2) = 0,004577
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: h[4] = 0,8192

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)|.

Itere

h[0] = 2
h[1] = −1,6
h[2] = 1,28
h[3] = −1,024
h[4] = 0,8192

Resultado

h[4] = 2·(−0,8)4 = 0,8192

Resposta

h[4] = 0,8192

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