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(1) = ?

Resolva y″ + 8y′ + 15y = 0 com y(0) = 5 e y′(0) = 6. Encontre y(1).

y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 5y′(0) = 6
y(1) =
2.Equações diferenciaisDifícil
xy13(1, −3)y(3) = ?

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

y′ + 2y/x = 2y(1) = −3
y(3) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =4−55−243221

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

A = [4 −5 5; −2 4 3; 2 2 1]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =−6−2−45b =−10

Resolva o sistema −6x − 2y = −1 e −4x + 5y = 0. Calcule x.

−6x − 2y = −1−4x + 5y = 0
x =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o produto escalar a·b de a = (4, −4, −1) e b = (−5, 6, 7).

a = (4, −4, −1)b = (−5, 6, 7)
a·b =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzabc

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

a = (5, −1, 0)b = (−3, −5, 3)c = (−1, 0, 5)
V =
7.IntegraisMédia
xy14

Calcule I = ∫14 1/x dx.

f(x) = 1/x[1, 4]
I =
8.IntegraisDifícil
xyy = x2​y = 2x

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

y = x2y = 2x
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy10,5P

O plano tangente a z = 3 ln(x² + y²) no ponto onde (x, y) = (1, 0,5) pode ser escrito como z = px + qy + c. Encontre c.

f(x, y) = 3 ln(x² + y²)(a, b) = (1, 0,5)
c =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy−202−202(0, 0)(1, 1)(−1, −1)

Encontre os pontos críticos de f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy, classifique-os e dê o valor fmin de f no seu mínimo local.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy
fmin =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ 1/(3k + 3)k = 1 … ∞BΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞CΣ (7/4)ᵏk = 1 … ∞DΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries converge. Clique nela.

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

Reconheça a série e encontre a sua soma: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·22k+1/(2k + 1)!.

ak = (−1)ᵏ·22k+1/(2k + 1)!
S =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,4f(0,4) = ?

Encontre f(t) para F(s) = (2s + 27)/(s² + 4s + 4) e calcule f(0,4).

F(s) = (2s + 27)/(s² + 4s + 4)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,5y(0,5) = ?

Resolva y″ + 8y′ + 12y = 0 com y(0) = 6 e y′(0) = 1 usando a transformada de Laplace e encontre y(0,5).

y″ + 8y′ + 12y = 0y(0) = 6y′(0) = 1t = 0,5 s
y(0.5) =
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(1) em t = 1 s.

x(t) = 1·e−6tu(t)h(t) = e−2tu(t)t = 1 s
y(1) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
u[n]3+y[n]0,6·z⁻¹+

Um sistema obedece a y[n] = 0,6·y[n − 1] + 3·x[n] e parte do repouso. A entrada é o degrau unitário x[n] = u[n]. Encontre y[4].

y[n] = 0,6y[n − 1] + 3x[n]x[n] = u[n]
y[4] =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(1) = 0,701

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 + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5

Constantes a partir dos valores iniciais

A + B = 5, −3A − 5B = 6
A = 15,5, B = −10,5

Calcular

y(1) = 15,5·e−3 + (−10,5)·e−5 = 0,701

Resposta

y(1) = 0,701
2.Equações diferenciais

Resposta: y(3) = 1,593

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∫2/x dx = x2

Integrar

(x2y)′ = 2x2 → x2y = 2x3/3 + C

Condição inicial

−3 = 2/3 + C → C = −3,667

Calcular

y(3) = (2·33/3 + (−3,667))/32 = 1,593

Resposta

y(3) = 1,593
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −108

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 = −2, M₁₂ = −8, M₁₃ = −12

Desenvolvimento por cofatores

det A = 4·(−2) − (−5)·(−8) + 5·(−12) = −108

Resposta

det A = −108
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = 0,1316

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 = (−6)·5 − (−2)·(−4) = −38

Substituir a coluna de x

det Aₓ = (−1)·5 − (−2)·0 = −5
x = −5/(−38) = 0,1316

Resposta

x = 0,1316
y = 0,1053
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: a·b = −51

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·(−5) + (−4)·6 + (−1)·7 = (−20) + (−24) + (−7) = −51

Resposta

a·b = −51

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

6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: V = 137

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)·5 − 3·0 = −25
(b × c)y = bzcx − bxcz = 3·(−1) − (−3)·5 = 12
(b × c)z = bxcy − bycx = (−3)·0 − (−5)·(−1) = −5

Produto escalar com a

a·(b × c) = 5·(−25) + (−1)·12 + 0·(−5) = −137
V = |−137| = 137

Resposta

V = 137
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 4 − ln 1) = ln 4 = 1,386

Resposta

I = 1,386
8.Integrais

Resposta: A = 1,333

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

x2 = 2x → x = 0, x = 2

Integrar superior menos inferior

A = [x2 − 0,3333x3]02 = 1,333

Resposta

A = 1,333
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: c = −5,331

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(1, 0,5) = 0,6694
fx = 6x/(x² + y²) → fx(1, 0,5) = 4,8
fy = 6y/(x² + y²) → fy(1, 0,5) = 2,4

Plano tangente

z = 0,6694 + 4,8(x − 1) + 2,4(y − 0,5)
z = 4,8x + 2,4y − 5,331

Termo constante

c = −5,331

Resposta

c = −5,331
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: fmin = −2

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).

Pontos críticos

Resolva fx = 0 e fy = 0 juntos.

fx = 4x³ − 4y = 0
fy = 4y³ − 4x = 0
(0, 0), (1, 1), (−1, −1)

Teste da segunda derivada

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −4, D = −16 → ponto de sela
(1, 1): fxx = 12, fyy = 12, fxy = −4, D = 128 → mínimo local
(−1, −1): fxx = 12, fyy = 12, fxy = −4, D = 128 → mínimo local

Valor no extremo

f(1, 1) = −2

Resposta

fmin = −2
11.Sequências e séries

Resposta: D: 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 1/(3k + 3) → Comporta-se como 1/(3k) para k grande; comparada com a série harmônica, diverge.
B: Σ (1 + 1/k)ᵏ → Os termos tendem a e, e não a 0: diverge pelo teste do n-ésimo termo.
C: Σ (7/4)ᵏ → Geométrica com r = 7/4 > 1: os termos crescem, então diverge.
D: Σ (−1)ᵏ/k → Alternada, com 1/k decrescendo a 0: converge (condicionalmente).

A resposta

D: Σ (−1)ᵏ/k

Resposta

D: Σ (−1)ᵏ/k
12.Sequências e séries

Resposta: S = 0,9093

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.

Séries padrão

Σ (−1)ᵏx2k+1/(2k + 1)! = sin x

Substituir

x = 2
S = sin 2 = 0,9093

Resposta

S = 0,9093
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.4) = 5,032

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

2s + 27 = 2(s + 2) + 23
F(s) = 2/(s + 2) + 23/(s + 2)²

Transformada inversa

f(t) = 2·e−2t + 23·t·e−2t
f(0,4) = (2 + 23·0,4)·e−2·0,4 = 5,032

Resposta

f(0,4) = 5,032
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.5) = 3,241

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 − 6s − 1 + 8(sY − 6) + 12Y = 0
Y(s) = (6s + 49)/((s + 2)(s + 6))

Frações parciais

A = 37/4 = 9,25
B = 13/(−4) = −3,25

Resultado

y(t) = 9,25·e−2t − 3,25·e−6t
y(0,5) = 3,241

Resposta

y(0,5) = 3,241

Verificação: y(0) = A + B = 6.

15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(1) = 0,03321

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(1) = 1·(0,1353 − 0,002479)/(4) = 0,03321

Resposta

y(1) = 0,03321
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y[4] = 6,917

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

y[0] = 3
y[1] = 4,8
y[2] = 5,88
y[3] = 6,528
y[4] = 6,917

Resultado

y[4] = 3·(1 − (0,6)5)/(1 − 0,6) = 6,917

Resposta

y[4] = 6,917

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