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(1,5) = ?

Resolva y″ + 8y′ + 16y = 0 com y(0) = 5 e y′(0) = -2. Encontre y(1,5).

y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 5y′(0) = -2
y(1.5) =
2.Equações diferenciaisDifícil
xy12(1, 0)y(2) = ?

Resolva o problema de valor inicial y′ + 2y/x = 6x para x > 0, com y(1) = 0. Encontre y(2).

y′ + 2y/x = 6xy(1) = 0
y(2) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =−5−3−1−244−5−2−1

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

A = [−5 −3 −1; −2 4 4; −5 −2 −1]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =−2284

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

A = [−2 2; 8 4]
λ =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o ângulo θ entre os vetores a = (−6, −2, 4) e b = (−5, 2, −4), em graus.

a = (−6, −2, 4)b = (−5, 2, −4)
θ = °
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzab

Para a = (−4, 6, −3) e b = (−3, 1, 5), encontre a componente z (a × b)z do produto vetorial a × b.

a = (−4, 6, −3)b = (−3, 1, 5)
(a × b)z =
7.IntegraisMédia
xy03

Calcule I = ∫03 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 3]
I =
8.IntegraisDifícil
xyy = 0,5x2​y = 2x

Calcule a área A da região limitada por y = 0,5x2 e y = 2x.

y = 0,5x2y = 2x
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy−1−2∇fP

Para f(x, y) = −4x²y³ + x² − 3y³ + 2xy, encontre a taxa máxima de variação de f no ponto (−1, −2), isto é, |∇f|.

f(x, y) = −4x²y³ + x² − 3y³ + 2xyP = (−1, −2)
|∇f| =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy−202−202(2, −1)(−2, −1)

Encontre os pontos críticos de f(x, y) = −x³ + 12x − y² − 2y, classifique-os e dê o valor fmax de f no seu máximo local.

f(x, y) = −x³ + 12x − y² − 2y
fmax =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ 2/k⁴k = 1 … ∞BΣ 1/(3ᵏ + k)k = 1 … ∞CΣ k!/2ᵏk = 1 … ∞DΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries diverge. Clique nela.

A: Σ 2/k⁴B: Σ 1/(3ᵏ + k)C: Σ k!/2ᵏD: Σ (−1)ᵏ/k
  1. 1A: Σ 2/k⁴
  2. 2B: Σ 1/(3ᵏ + k)
  3. 3C: Σ k!/2ᵏ
  4. 4D: Σ (−1)ᵏ/k
12.Sequências e sériesDifícil
xyfP₃0,25

Use o polinômio de Maclaurin de grau 3 de f(x) = ln(1 + 2x) para aproximar f(0,25). Dê P₃(0,25).

f(x) = ln(1 + 2x)n = 3x = 0,25
P₃(0.25) =
13.Transformadas de LaplaceMédia
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−8−912

Encontre f(t) para F(s) = (2s + 16)/(s² + 6s + 13) completando o quadrado e calcule f(0,1).

F(s) = (2s + 16)/(s² + 6s + 13)t = 0,1 s
f(0.1) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Um sistema obedece a y″ + 7y′ + 12y = 12·u(t). Ele parte do repouso (y(0) = 0, y′(0) = 0) e a entrada é um degrau u(t) = 1 para t ≥ 0. Use a transformada de Laplace para encontrar a saída y(0,1).

y″ + 7y′ + 12y = 12·u(t)u(t) = 1y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,1 s
y(0.1) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t2h(t)t0,51

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

h(t) = e−2tu(t)x(t) = 2·u(t)t = 1 s
y(1) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
δ[n]3+h[n]0,8·z⁻¹+

Um sistema obedece a y[n] = 0,8·y[n − 1] + 3·x[n] e parte do repouso. Encontre a amostra h[2] da sua resposta ao impulso.

y[n] = 0,8y[n − 1] + 3x[n]x[n] = δ[n]
h[2] =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(1.5) = 0,07932

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.

Raiz dupla

(r + 4)² = 0 → r = −4

Constantes

A = y(0) = 5
y′(0) = B − 4A → B = -2 + 20 = 18

Calcular

y(1,5) = (5 + 18·1,5)·e−6 = 0,07932

Resposta

y(1,5) = 0,07932
2.Equações diferenciais

Resposta: y(2) = 5,625

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)′ = 6x3 → x2y = 6x4/4 + C

Condição inicial

0 = 6/4 + C → C = −1,5

Calcular

y(2) = (6·24/4 + (−1,5))/22 = 5,625

Resposta

y(2) = 5,625
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = 22

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 = 4, M₁₂ = 22, M₁₃ = 24

Desenvolvimento por cofatores

det A = (−5)·4 − (−3)·22 + (−1)·24 = 22

Resposta

det A = 22
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: θ = 78,51 °

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.

Produto escalar

a·b = (−6)·(−5) + (−2)·2 + 4·(−4) = 10

Módulos

|a| = √((−6)² + (−2)² + 4²) = 7,483
|b| = √((−5)² + 2² + (−4)²) = 6,708

Ângulo

cos θ = 10/(7,483·6,708) = 0,1992
θ = arccos(0,1992) = 78,51°

Resposta

θ = 78,51°
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: (a × b)z = 14

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, componente por componente

(a × b)x = aybz − azby = 6·5 − (−3)·1 = 33
(a × b)y = azbx − axbz = (−3)·(−3) − (−4)·5 = 29
(a × b)z = axby − aybx = (−4)·1 − 6·(−3) = 14

Componente pedida

(a × b)z = 14

Resposta

(a × b)z = 14

Verificação: a × b é perpendicular aos dois vetores, então o seu produto escalar com a e com b é zero.

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 = 5,333

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

0,5x2 = 2x → x = 0, x = 4

Integrar superior menos inferior

A = [x2 − 0,1667x3]04 = 5,333

Resposta

A = 5,333
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: |∇f| = 110,9

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 = −8xy³ + 2x + 2y → fx(−1, −2) = −70
fy = −12x²y² − 9y² + 2x → fy(−1, −2) = −86

Comprimento do gradiente

|∇f| = √((−70)² + (−86)²) = 110,9

Resposta

|∇f| = 110,9
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: fmax = 17

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 = −(3x² − 12) = 0
fy = −(2y + 2) = 0
(2, −1), (−2, −1)

Teste da segunda derivada

(2, −1): fxx = −12, fyy = −2, fxy = 0, D = 24 → máximo local
(−2, −1): fxx = 12, fyy = −2, fxy = 0, D = −24 → ponto de sela

Valor no extremo

f(2, −1) = 17

Resposta

fmax = 17
11.Sequências e séries

Resposta: C: Σ k!/2ᵏ

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 2/k⁴ → Série-p com p = 4 > 1: converge.
B: Σ 1/(3ᵏ + k) → Menor que (1/3)ᵏ, uma série geométrica convergente: converge por comparação.
C: Σ k!/2ᵏ → Teste da razão: L = lim (k + 1)/2 = ∞, diverge.
D: Σ (−1)ᵏ/k → Alternada, com 1/k decrescendo a 0: converge (condicionalmente).

A resposta

C: Σ k!/2ᵏ

Resposta

C: Σ k!/2ᵏ
12.Sequências e séries

Resposta: P₃(0.25) = 0,4167

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.

Polinômio de Maclaurin

P₃(x) = 2x − 2x² + 2,667x³

Substituir

P₃(0,25) = 0,5 − 0,125 + 0,0416667 = 0,4167

Resposta

P₃(0,25) = 0,4167

O valor exato é f(0,25) = 0,405465; o erro −0,0112016 diminui quando você toma mais termos ou um ponto mais próximo de 0.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.1) = 2,188

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 + 6s + 13 = (s + 3)² + 4 = (s + 3)² + 2²

Associe o numerador

F(s) = 2·(s + 3)/((s + 3)² + 2²) + (10/2)·2/((s + 3)² + 2²)

Transformada inversa

f(t) = e−3t·(2·cos 2t + 5·sin 2t)
f(0,1) = e−3·0,1·(2·cos(2·0,1) + 5·sin(2·0,1)) = 2,188

Resposta

f(0,1) = 2,188
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.1) = 0,04769

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) = 12/(s(s + 3)(s + 4))

Frações parciais

A = 12/(3·4) = 1
B = 12/((−3)·1) = −4
C = 12/((−4)·(−1)) = 3

Saídas

y(t) = 1 − 4·e−3t + 3·e−4t
y(0,1) = 0,04769

Resposta

y(0,1) = 0,04769
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(1) = 0,8647

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−2τ dτ = (2/2)·(1 − e−2t)

Calcular

y(1) = 1·(1 − e−2) = 0,8647

Resposta

y(1) = 0,8647
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: h[2] = 1,92

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] = 3
h[1] = 2,4
h[2] = 1,92

Resultado

h[2] = 3·(0,8)2 = 1,92

Resposta

h[2] = 1,92

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