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) = 3y(2) = ?

Resolva y″ + 6y′ + 8y = 0 com y(0) = 3 e y′(0) = -4. Encontre y(2).

y″ + 6y′ + 8y = 0y(0) = 3y′(0) = -4
y(2) =
2.Equações diferenciaisDifícil
tyy(0) = 1y(1,5) = ?

Resolva y″ + 4y′ + 29y = 0 com y(0) = 1 e y′(0) = 0 (solto a partir do repouso). Encontre y(1,5); ângulos em radianos.

y″ + 4y′ + 29y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(1.5) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =44305−31−4−2

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

A = [4 4 3; 0 5 −3; 1 −4 −2]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =5−38−6

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

A = [5 −3; 8 −6]
λ =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o produto escalar a·b de a = (4, −5, −1) e b = (3, 3, 6).

a = (4, −5, −1)b = (3, 3, 6)
a·b =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzrFOA

Uma força F = (−50, 10, −30) N atua no ponto A(−3, −3, 4). As coordenadas estão em metros. Encontre a componente y My do momento da força em relação a a origem O(0, 0, 0).

F = (−50, 10, −30) NA(−3, −3, 4) mO(0, 0, 0) m
My = N·m
7.IntegraisMédia
xy28

Calcule I = ∫28 1/x dx.

f(x) = 1/x[2, 8]
I =
8.IntegraisDifícil
xyy = 2x2​y = 2x

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

y = 2x2y = 2x
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy13∇fP

Para f(x, y) = x²y² − 2x² + 2y² − 4xy, encontre a taxa máxima de variação de f no ponto (1, 3), isto é, |∇f|.

f(x, y) = x²y² − 2x² + 2y² − 4xyP = (1, 3)
|∇f| =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy3

Use coordenadas polares para calcular I = ∬R (x² + y²) dA, em que R é a metade superior do disco x² + y² ≤ 9 (y ≥ 0).

f = x² + y²0 ≤ r ≤ 30 ≤ θ ≤ π
I =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ k³/3ᵏk = 1 … ∞BΣ 1/(k(k + 1))k = 1 … ∞CΣ k!/10ᵏk = 1 … ∞DΣ (1/3)ᵏk = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries diverge. Clique nela.

A: Σ k³/3ᵏB: Σ 1/(k(k + 1))C: Σ k!/10ᵏD: Σ (1/3)ᵏ
  1. 1A: Σ k³/3ᵏ
  2. 2B: Σ 1/(k(k + 1))
  3. 3C: Σ k!/10ᵏ
  4. 4D: Σ (1/3)ᵏ
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = cos x é aproximada pelo seu polinômio de Maclaurin de grau 5 em x = 0,8. Use a cota de erro de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! com M = 1 para encontrar o maior erro possível |R₅|.

f(x) = cos xn = 5x = 0,8M = 1
|R₅| =
13.Transformadas de LaplaceMédia
ReIm−55

Encontre f(t) para F(s) = (5s + 30)/(s² + 2s + 26) completando o quadrado e calcule f(0,6).

F(s) = (5s + 30)/(s² + 2s + 26)t = 0,6 s
f(0.6) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Um sistema obedece a y″ + 11y′ + 30y = 30·u(t), com y(0) = 6 e y′(0) = 0. Em t = 0 é aplicada uma entrada em degrau u(t) = 10. Use a transformada de Laplace para encontrar y(0,1).

y″ + 11y′ + 30y = 30·u(t)y(0) = 6y′(0) = 0u(t) = 10t = 0,1 s
y(0.1) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t25h(t)t23

O sinal x(t) é não nulo apenas entre t = 2 s e t = 5 s, e h(t) apenas entre t = 2 s e t = 3 s. Encontre a duração D de y(t) = x(t) ∗ h(t).

x: 2 … 5 sh: 2 … 3 s
D = s
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)1,6482

Um trem de pulsos tem altura 2, largura de pulso 1,6 ms e período 4 ms. Encontre sua componente CC (valor médio) c0.

A = 2τ = 1,6 msT = 4 ms
c0 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(2) = 0,07293

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 + 4) = 0 → r = −2, −4

Constantes a partir dos valores iniciais

A + B = 3, −2A − 4B = -4
A = 4, B = −1

Calcular

y(2) = 4·e−4 + (−1)·e−8 = 0,07293

Resposta

y(2) = 0,07293
2.Equações diferenciais

Resposta: y(1.5) = 0,03594

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 complexas

r = −2 ± 5j

Constantes

A = 1, B = 2·1/5 = 0,4

Calcular

y(1,5) = e−3(1·cos 7,5 + 0,4·sin 7,5) = 0,03594

Resposta

y(1,5) = 0,03594
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −115

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 = −22, M₁₂ = 3, M₁₃ = −5

Desenvolvimento por cofatores

det A = 4·(−22) − 4·3 + 3·(−5) = −115

Resposta

det A = −115
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 − (−1)λ + (−6) = 0

Resolva

λ = (−1 ± √(25))/2 → λ = −3, 2
λ = 2

Resposta

λ = 2
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: a·b = −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.

Multiplique as componentes correspondentes e some

a·b = 4·3 + (−5)·3 + (−1)·6 = 12 + (−15) + (−6) = −9

Resposta

a·b = −9

Negativo: o ângulo entre os vetores é maior que 90°.

6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: My = −290 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, −3, 4) − (0, 0, 0) = (−3, −3, 4) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−3)·(−30) − 4·10 = 50 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 4·(−50) − (−3)·(−30) = −290 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−3)·10 − (−3)·(−50) = −180 N·m

Componente pedida

My = −290 N·m

Resposta

My = −290 N·m
7.Integrais

Resposta: I = 1,386

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 8 − ln 2) = ln 4 = 1,386

Resposta

I = 1,386
8.Integrais

Resposta: A = 0,3333

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 = 2x → x = 0, x = 1

Integrar superior menos inferior

A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333

Resposta

A = 0,3333
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: |∇f| = 14,14

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 = 2xy² − 4x − 4y → fx(1, 3) = 2
fy = 2x²y + 4y − 4x → fy(1, 3) = 14

Comprimento do gradiente

|∇f| = √(2² + 14²) = 14,14

Resposta

|∇f| = 14,14
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 63,62

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 ∫03 r²·r dr dθ

Integrar

∫ r²·r dr = [r⁴/4]
I = 63,62

Resposta

I = 63,62
11.Sequências e séries

Resposta: C: Σ k!/10ᵏ

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 k³/3ᵏ → Teste da razão: L = 1/3 < 1, converge.
B: Σ 1/(k(k + 1)) → Menor que 1/k²: converge por comparação.
C: Σ k!/10ᵏ → Teste da razão: L = lim (k + 1)/10 = ∞, diverge.
D: Σ (1/3)ᵏ → Geométrica com r = 1/3, |r| < 1: converge.

A resposta

C: Σ k!/10ᵏ

Resposta

C: Σ k!/10ᵏ
12.Sequências e séries

Resposta: |R₅| = 0,0003641

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

|R₅| ≤ 1·0,8⁶/6! = 0,0003641

Resposta

|R₅| = 0,0003641

O erro verdadeiro é menor: |f(0,8) − P₅(0,8)| = 0,00036.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.6) = −2,329

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 + 2s + 26 = (s + 1)² + 25 = (s + 1)² + 5²

Associe o numerador

F(s) = 5·(s + 1)/((s + 1)² + 5²) + (25/5)·5/((s + 1)² + 5²)

Transformada inversa

f(t) = e−t·(5·cos 5t + 5·sin 5t)
f(0,6) = e−0,6·(5·cos(5·0,6) + 5·sin(5·0,6)) = −2,329

Resposta

f(0,6) = −2,329
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.1) = 6,419

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

(s² + 11s + 30)·Y(s) = 6s + 66 + 300/s
Y(s) = (6s² + 66s + 300)/(s(s + 5)(s + 6))

Frações parciais

A = 300/(5·6) = 10
B = 120/((−5)·1) = −24
C = 120/((−6)·(−1)) = 20

Resultado

y(t) = 10 − 24·e−5t + 20·e−6t
y(0,1) = 6,419

Resposta

y(0,1) = 6,419

Verificação: y(0) = A + B + C = 6.

15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: D = 4 s

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).

Início e fim

tstart = 2 + 2 = 4 s
tend = 5 + 3 = 8 s

Resposta

D = 4 s

Resposta

D = 4 s
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: c0 = 0,8

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)|.

Ciclo de trabalho

D = 1,6/4 = 0,4

Valor médio

c₀ = 2·0,4 = 0,8

Resposta

c0 = 0,8

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