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) = 5y(0,5) = ?

Resolva y″ + 7y′ + 10y = 0 com y(0) = 5 e y′(0) = 1. Encontre y(0,5).

y″ + 7y′ + 10y = 0y(0) = 5y′(0) = 1
y(0.5) =
2.Equações diferenciaisDifícil
t (min)m (kg)t = ?6 kg

Um tanque contém 200 L de água pura. 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 6 kg de sal?

V = 200 Lm0 = 0 kgc = 0,05 kg/Lr = 20 L/min
t = min
3.Matrizes e determinantesMédia
A =34−44−214−4−4

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

A = [3 4 −4; 4 −2 1; 4 −4 −4]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =−1131

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

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

Encontre o ângulo θ entre os vetores a = (3, 5, 6) e b = (1, −1, 5), em graus.

a = (3, 5, 6)b = (1, −1, 5)
θ = °
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzabc

Encontre o volume V do paralelepípedo cujas arestas a partir de um vértice são a = (−3, −5, 2), b = (3, 5, 0) e c = (3, 1, 4).

a = (−3, −5, 2)b = (3, 5, 0)c = (3, 1, 4)
V =
7.IntegraisMédia
xy3y = 2x

A região sob y = 2x, de x = 0 até x = 3, gira em torno do eixo x. Encontre o volume V do sólido (um cone).

y = 2x0 ≤ x ≤ 3
V =
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

z = −4xy + 5x³ com x = −3t − 2 e y = −t² + 1. Use a regra da cadeia para encontrar dz/dt em t = 2.

z = −4xy + 5x³x = −3t − 2y = −t² + 1t = 2
dz/dt =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xyy = 0,8y = x0,80,8

A integral I = ∫00,8 ∫x0,8 cos(y²) dy dx não pode ser calculada nesta ordem. Inverta a ordem de integração e calcule-a.

f = cos(y²)0 ≤ x ≤ y ≤ 0,8
I =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ ln k / kk = 1 … ∞BΣ (5/3)ᵏk = 1 … ∞CΣ (2/3)ᵏk = 1 … ∞DΣ k/(k + 7)k = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries converge. Clique nela.

A: Σ ln k / kB: Σ (5/3)ᵏC: Σ (2/3)ᵏD: Σ k/(k + 7)
  1. 1A: Σ ln k / k
  2. 2B: Σ (5/3)ᵏ
  3. 3C: Σ (2/3)ᵏ
  4. 4D: Σ k/(k + 7)
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = sin x é aproximada pelo seu polinômio de Maclaurin de grau 2 em x = −0,5. Use a cota de erro de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! com M = 1 para encontrar o maior erro possível |R₂|.

f(x) = sin xn = 2x = −0,5M = 1
|R₂| =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,4f(0,4) = ?

Encontre f(t) para F(s) = 45/(s(s + 2)(s + 4)) por frações parciais e calcule f(0,4).

F(s) = 45/(s(s + 2)(s + 4))t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm5

Um sistema é descrito pela equação diferencial y″ + 4y′ + 29y = u′ + 2u, com entrada u(t) e saída y(t). Encontre sua função de transferência G(s) = Y(s)/U(s) (condições iniciais nulas) e calcule a resposta ao impulso g(t) em t = 0,8 s. Encontre g(0,8).

y″ + 4y′ + 29y = u′ + 2ut = 0,8 s
g(0.8) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t2h(t)t0,21

Um sistema tem resposta ao impulso h(t) = e−5tu(t). A entrada é um degrau x(t) = 2·u(t). Encontre a saída y(0,1) em t = 0,1 s.

h(t) = e−5tu(t)x(t) = 2·u(t)t = 0,1 s
y(0.1) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)24810

Uma onda quadrada comuta entre 10 e 0 com período T = 4 ms (meio período em cada nível). Encontre a amplitude c1 da sua componente de Fourier em 250 Hz.

0 … 10T = 4 msf = 250 Hz
c1 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(0.5) = 2,887

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 + 2)(r + 5) = 0 → r = −2, −5

Constantes a partir dos valores iniciais

A + B = 5, −2A − 5B = 1
A = 8,667, B = −3,667

Calcular

y(0,5) = 8,667·e−1 + (−3,667)·e−2,5 = 2,887

Resposta

y(0,5) = 2,887
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 + (−10)·e−t/10

Resolver para t

e−t/10 = (10 − 6)/(10 − 0) = 0,4
t = 10·ln(2,5) = 9,163 min

Resposta

t = 9,163 min
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = 148

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 = 12, M₁₂ = −20, M₁₃ = −8

Desenvolvimento por cofatores

det A = 3·12 − 4·(−20) + (−4)·(−8) = 148

Resposta

det A = 148
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: θ = 49,9 °

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 = 3·1 + 5·(−1) + 6·5 = 28

Módulos

|a| = √(3² + 5² + 6²) = 8,367
|b| = √(1² + (−1)² + 5²) = 5,196

Ângulo

cos θ = 28/(8,367·5,196) = 0,6441
θ = arccos(0,6441) = 49,9°

Resposta

θ = 49,9°
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: V = 24

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = 5·4 − 0·1 = 20
(b × c)y = bzcx − bxcz = 0·3 − 3·4 = −12
(b × c)z = bxcy − bycx = 3·1 − 5·3 = −12

Produto escalar com a

a·(b × c) = (−3)·20 + (−5)·(−12) + 2·(−12) = −24
V = |−24| = 24

Resposta

V = 24
7.Integrais

Resposta: V = 113,1

Volumes de revolução: girar a região sob y = f(x), de x = a até x = b, em torno do eixo x gera um sólido cuja seção transversal em x é um disco de raio f(x). Somar os discos dá V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Quando a região fica entre uma curva externa R(x) e uma curva interna r(x), cada fatia é uma arruela: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Eleve os raios ao quadrado antes de subtraí-los.

Método dos discos

V = π∫₀3 4x² dx

Integrar

V = π·4·3³/3 = 113,1

Resposta

V = 113,1

Verificação: um cone de raio 6 e altura 3 tem (1/3)πr²h = 113,1.

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: dz/dt = −3044

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(2) = −8, y(2) = −3
dx/dt = −3, dy/dt = −2t = −4

Derivadas parciais

fx = −4y + 15x² = 972
fy = −4x = 32

Regra da cadeia

dz/dt = 972·(−3) + 32·(−4) = −3044

Resposta

dz/dt = −3044
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 0,2986

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).

Região

0 ≤ x ≤ y, 0 ≤ y ≤ 0,8

Ordem invertida

I = ∫00,8 ∫0y cos(y²) dx dy = ∫00,8 y·cos(y²) dy

Substituição u = y²

I = [sin(y²)/2]00,8 = 0,2986

Resposta

I = 0,2986
11.Sequências e séries

Resposta: C: Σ (2/3)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 (5/3)ᵏ → Geométrica com r = 5/3 > 1: os termos crescem, então diverge.
C: Σ (2/3)ᵏ → Geométrica com r = 2/3, |r| < 1: converge.
D: Σ k/(k + 7) → Os termos tendem a 1, e não a 0: diverge pelo teste do n-ésimo termo.

A resposta

C: Σ (2/3)ᵏ

Resposta

C: Σ (2/3)ᵏ
12.Sequências e séries

Resposta: |R₂| = 0,02083

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 = 1

Cota de Lagrange

|R₂| ≤ 1·0,5³/3! = 0,02083

Resposta

|R₂| = 0,02083

O erro verdadeiro é menor: |f(−0,5) − P₂(−0,5)| = 0,02057.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.4) = 1,706

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 = 45/(2·4) = 5,625
B = 45/((−2)·2) = −11,25
C = 45/((−4)·(−2)) = 5,625

Transformada inversa

f(t) = 5,625 − 11,25·e−2t + 5,625·e−4t

Calcular

f(0,4) = 5,625 − 11,25·e−2·0,4 + 5,625·e−4·0,4 = 1,706

Resposta

f(0,4) = 1,706
14.Transformadas de Laplace

Resposta: g(0.8) = −0,132

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).

Função de transferência

G(s) = Y(s)/U(s) = (s + 2)/(s² + 4s + 29)

Frações parciais

s² + 4s + 29 = (s + 2)² + 5²
G(s) = 1·(s + 2)/((s + 2)² + 5²) + (0/5)·5/((s + 2)² + 5²)

Resposta ao impulso

g(t) = e−2t·(cos 5t)
g(0,8) = −0,132

Resposta

g(0,8) = −0,132
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(0.1) = 0,1574

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).

Convolução com um degrau

y(t) = 2·∫₀ᵗ e−5τ dτ = (2/5)·(1 − e−5t)

Calcular

y(0,1) = 0,4·(1 − e−0,5) = 0,1574

Resposta

y(0,1) = 0,1574
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: c1 = 6,366

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 = 250/250 = 1

Amplitude

c1 = 4·5/(1π) = 6,366

Resposta

c1 = 6,366

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