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)32Ta​101 °C44 °C

Uma peça de aço forjado a 420 °C é deixada esfriando em uma oficina a 20 °C. Após 32 min sua temperatura é 101 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo após o início, t, leva para chegar a 44 °C?

T0 = 420 °CTa = 20 °CT(32) = 101 °CT = 44 °C
t = min
2.Equações diferenciaisDifícil
t (min)m (kg)t = ?86 kg

Um tanque contém 1000 L de água na qual estão dissolvidos 10 kg de sal. Salmoura com 0,2 kg de sal por litro entra a 5 L/min, e a solução bem misturada sai na mesma vazão. Após quantos minutos t o tanque contém 86 kg de sal?

V = 1000 Lm0 = 10 kgc = 0,2 kg/Lr = 5 L/min
t = min
3.Matrizes e determinantesMédia
A =045101013

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

A = [0 4 5; 1 0 1; 0 1 3]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =1−51−2b =9−7

Resolva o sistema x − 5y = 9 e x − 2y = −7. Calcule x.

x − 5y = 9x − 2y = −7
x =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre a projeção escalar compb a de a = (2, 3, −2) sobre b = (5, 2, −3), isto é, a componente de a na direção de b.

a = (2, 3, −2)b = (5, 2, −3)
compb a =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzrFOA

Uma força F = (10, −60, −10) N atua no ponto A(−1, −4, 3). As coordenadas estão em metros. Encontre a componente x Mx do momento da força em relação a o ponto O(0, −3, 3).

F = (10, −60, −10) NA(−1, −4, 3) mO(0, −3, 3) m
Mx = N·m
7.IntegraisMédia
xy12,5y = x ln x

Calcule I = ∫₁2,5 x·ln x dx.

∫₁2,5 x ln x dx
I =
8.IntegraisDifícil
xy3y = x²eˣ

Calcule I = ∫₀3 x²·eˣ dx.

∫₀3 x²eˣ dx
I =
9.Cálculo de várias variáveisMédia

z = −3xy + 5x² − 3y² com x = 2t − 2 e y = t² − 2. Use a regra da cadeia para encontrar dz/dt em t = −1.

z = −3xy + 5x² − 3y²x = 2t − 2y = t² − 2t = −1
dz/dt =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy2

Use coordenadas polares para calcular I = ∬R √(x² + y²) dA, em que R é o quarto do disco x² + y² ≤ 4 no primeiro quadrante.

f = √(x² + y²)0 ≤ r ≤ 20 ≤ θ ≤ π/2
I =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ 5/kk = 1 … ∞BΣ 1/(2ᵏ + k)k = 1 … ∞CΣ (2/3)ᵏk = 1 … ∞DΣ 2/k²k = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries diverge. Clique nela.

A: Σ 5/kB: Σ 1/(2ᵏ + k)C: Σ (2/3)ᵏD: Σ 2/k²
  1. 1A: Σ 5/k
  2. 2B: Σ 1/(2ᵏ + k)
  3. 3C: Σ (2/3)ᵏ
  4. 4D: Σ 2/k²
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = sin x é aproximada em x = 1 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 0,001.

f(x) = sin xx = 1M = 1ε = 0,001
n =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,3f(0,3) = ?

Encontre f(t) para F(s) = 40/(s(s + 2)(s + 4)) por frações parciais e calcule f(0,3).

F(s) = 40/(s(s + 2)(s + 4))t = 0,3 s
f(0.3) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,6y(0,6) = ?

Um sistema obedece a y″ + 7y′ + 10y = 30·u(t). Ele parte do repouso (y(0) = 0, y′(0) = 0) e a entrada é um degrau u(t) = 10 para t ≥ 0. Use a transformada de Laplace para encontrar a saída y(0,6).

y″ + 7y′ + 10y = 30·u(t)u(t) = 10y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,6 s
y(0.6) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t5h(t)t1

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

x(t) = 5·e−1tu(t)h(t) = e−5tu(t)t = 1,5 s
y(1.5) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
δ(t)y′ + 4y = 3xh(t)

Um sistema obedece a y′(t) + 4·y(t) = 3·x(t). Encontre sua resposta ao impulso em t = 0,5 s, h(0,5).

y′ + 4y = 3xt = 0,5 s
h(0.5) =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: t = 56,37 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.

Constante de resfriamento

k = ln(400/81)/32 = 0,04991 min⁻¹

Tempo até atingir o valor desejado

t = ln(400/24)/0,04991 = 56,37 min

Resposta

t = 56,37 min
2.Equações diferenciais

Resposta: t = 102,2 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) = 200 + (−190)·e−t/200

Resolver para t

e−t/200 = (200 − 86)/(200 − 10) = 0,6
t = 200·ln(1,667) = 102,2 min

Resposta

t = 102,2 min
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −7

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 = −1, M₁₂ = 3, M₁₃ = 1

Desenvolvimento por cofatores

det A = 0·(−1) − 4·3 + 5·1 = −7

Resposta

det A = −7
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = −17,67

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·(−2) − (−5)·1 = 3

Substituir a coluna de x

det Aₓ = 9·(−2) − (−5)·(−7) = −53
x = −53/3 = −17,67

Resposta

x = −17,67
y = −5,333
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: compb a = 3,569

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 = 2·5 + 3·2 + (−2)·(−3) = 22

Comprimento de b

|b| = √(5² + 2² + (−3)²) = 6,164

Projeção escalar

compb a = a·b/|b| = 22/6,164 = 3,569

Resposta

compb a = 3,569
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: Mx = 10 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 = (−1, −4, 3) − (0, −3, 3) = (−1, −1, 0) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−1)·(−10) − 0·(−60) = 10 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 0·10 − (−1)·(−10) = −10 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−1)·(−60) − (−1)·10 = 70 N·m

Componente pedida

Mx = 10 N·m

Resposta

Mx = 10 N·m
7.Integrais

Resposta: I = 1,551

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

(3,125·ln 2,5 − 1,5625) − (0 − 0,25) = 1,551

Resposta

I = 1,551
8.Integrais

Resposta: I = 98,43

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.

Primeira rodada

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Segunda rodada

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Limites

20,09·(5) − 1·2 = 98,43

Resposta

I = 98,43
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: dz/dt = −110

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.

Ponto e taxas

x(−1) = −4, y(−1) = −1
dx/dt = 2, dy/dt = 2t = −2

Derivadas parciais

fx = −3y + 10x = −37
fy = −3x − 6y = 18

Regra da cadeia

dz/dt = (−37)·2 + 18·(−2) = −110

Resposta

dz/dt = −110
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 4,189

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).

Forma polar

I = ∫0π/2 ∫02 r·r dr dθ

Integrar

∫ r·r dr = [r³/3]
I = 4,189

Resposta

I = 4,189
11.Sequências e séries

Resposta: A: Σ 5/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 5/k → Um múltiplo da série harmônica (p = 1): diverge.
B: Σ 1/(2ᵏ + k) → Menor que (1/2)ᵏ, uma série geométrica convergente: converge por comparação.
C: Σ (2/3)ᵏ → Geométrica com r = 2/3, |r| < 1: converge.
D: Σ 2/k² → Série-p com p = 2 > 1: converge.

A resposta

A: Σ 5/k

Resposta

A: Σ 5/k
12.Sequências e séries

Resposta: n = 6

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)!cota011120,5260,16673240,0416741200,00833357200,001389650400,0001984

Cotas para n crescente

n = 5: 0,001389 ≥ 0,001
n = 6: 0,0001984 < 0,001

Menor grau

n = 6

Resposta

n = 6
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.3) = 1,018

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).

Frações parciais

F(s) = A/s + B/(s + 2) + C/(s + 4)
A = 40/(2·4) = 5
B = 40/((−2)·2) = −10
C = 40/((−4)·(−2)) = 5

Transformada inversa

f(t) = 5 − 10·e−2t + 5·e−4t

Calcular

f(0,3) = 5 − 10·e−2·0,3 + 5·e−4·0,3 = 1,018

Resposta

f(0,3) = 1,018
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.6) = 15,94

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

Y(s) = 300/(s(s + 2)(s + 5))

Frações parciais

A = 300/(2·5) = 30
B = 300/((−2)·3) = −50
C = 300/((−5)·(−3)) = 20

Saídas

y(t) = 30 − 50·e−2t + 20·e−5t
y(0,6) = 15,94

Resposta

y(0,6) = 15,94
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(1.5) = 0,2782

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

Calcular

y(1,5) = 5·(0,0005531 − 0,2231)/(−4) = 0,2782

Resposta

y(1,5) = 0,2782
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: h(0.5) = 0,406

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) = 3/(s + 4)

Resposta ao impulso

h(t) = 3·e−4tu(t)
h(0,5) = 3·e−2 = 0,406

Resposta

h(0,5) = 0,406

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