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) = 2y(2) = ?

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

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 2y′(0) = 2
y(2) =
2.Equações diferenciaisDifícil
xy13(1, 2)y(3) = ?

Resolva o problema de valor inicial y′ + y/x = 3x2 para x > 0, com y(1) = 2. Encontre y(3).

y′ + y/x = 3x2y(1) = 2
y(3) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =−43−34554−34

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

A = [−4 3 −3; 4 5 5; 4 −3 4]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =4215

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

A = [4 2; 1 5]
λ =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o ângulo θ entre os vetores a = (5, −2, −4) e b = (3, −4, −5), em graus.

a = (5, −2, −4)b = (3, −4, −5)
θ = °
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzab

Encontre a área A do paralelogramo formado por a = (−6, 3, 1) e b = (−5, −1, −6).

a = (−6, 3, 1)b = (−5, −1, −6)
A =
7.IntegraisMédia
xy02

Calcule I = ∫02 2x·(x² + 1)2 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 2]
I =
8.IntegraisDifícil
xyy = 0,5x2​y = x

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

y = 0,5x2y = x
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy024−20vP

Para f(x, y) = −4x²y² + 3x³ − 4y³ + 2xy, encontre a derivada direcional Duf em (2, −1) na direção de v = (−1, −1).

f(x, y) = −4x²y² + 3x³ − 4y³ + 2xyP = (2, −1)v = (−1, −1)
Duf =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy−202−202(0, 0)(1, 1)(−1, −1)

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy tem um ponto crítico em (1, 1). Calcule ali o discriminante D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xyP = (1, 1)
D =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞BΣ ln k / kk = 1 … ∞CΣ 2ᵏ/k!k = 1 … ∞DΣ (1/3)ᵏk = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries diverge. Clique nela.

A: Σ (−1)ᵏ/kB: Σ ln k / kC: Σ 2ᵏ/k!D: Σ (1/3)ᵏ
  1. 1A: Σ (−1)ᵏ/k
  2. 2B: Σ ln k / k
  3. 3C: Σ 2ᵏ/k!
  4. 4D: Σ (1/3)ᵏ
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = ln(1 + x) é aproximada pelo seu polinômio de Maclaurin de grau 3 em x = 0,2. Use a cota de erro de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! com M = 3! = 6 para encontrar o maior erro possível |R₃|.

f(x) = ln(1 + x)n = 3x = 0,2M = 6
|R₃| =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,6f(0,6) = ?

Encontre f(t) para F(s) = (5s + 35)/(s² + 4s + 4) e calcule f(0,6).

F(s) = (5s + 35)/(s² + 4s + 4)t = 0,6 s
f(0.6) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Um sistema obedece a y″ + 7y′ + 12y = 36·u(t), com y(0) = 4 e y′(0) = 0. Em t = 0 é aplicada uma entrada em degrau u(t) = 4. Use a transformada de Laplace para encontrar y(0,25).

y″ + 7y′ + 12y = 36·u(t)y(0) = 4y′(0) = 0u(t) = 4t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t25h(t)t01

O sinal x(t) é não nulo apenas entre t = 2 s e t = 5 s, e h(t) apenas entre t = 0 s e t = 1 s. Encontre o instante tend em que y(t) = x(t) ∗ h(t) termina.

x: 2 … 5 sh: 0 … 1 s
tend = s
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)210204

Um trem de pulsos tem altura 4, largura de pulso 2 ms e período 10 ms. Encontre sua componente CC (valor médio) c0.

A = 4τ = 2 msT = 10 ms
c0 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: y(2) = 0,5364

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 + 1)(r + 3) = 0 → r = −1, −3

Constantes a partir dos valores iniciais

A + B = 2, −1A − 3B = 2
A = 4, B = −2

Calcular

y(2) = 4·e−2 + (−2)·e−6 = 0,5364

Resposta

y(2) = 0,5364
2.Equações diferenciais

Resposta: y(3) = 20,67

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∫1/x dx = x1

Integrar

(x1y)′ = 3x3 → x1y = 3x4/4 + C

Condição inicial

2 = 3/4 + C → C = 1,25

Calcular

y(3) = (3·34/4 + 1,25)/31 = 20,67

Resposta

y(3) = 20,67
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −32

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 = 35, M₁₂ = −4, M₁₃ = −32

Desenvolvimento por cofatores

det A = (−4)·35 − 3·(−4) + (−3)·(−32) = −32

Resposta

det A = −32
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 − (9)λ + (18) = 0

Resolva

λ = (9 ± √(9))/2 → λ = 3, 6
λ = 6

Resposta

λ = 6
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: θ = 24,97 °

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 = 5·3 + (−2)·(−4) + (−4)·(−5) = 43

Módulos

|a| = √(5² + (−2)² + (−4)²) = 6,708
|b| = √(3² + (−4)² + (−5)²) = 7,071

Ângulo

cos θ = 43/(6,708·7,071) = 0,9065
θ = arccos(0,9065) = 24,97°

Resposta

θ = 24,97°
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: A = 49,1

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

(a × b)x = aybz − azby = 3·(−6) − 1·(−1) = −17
(a × b)y = azbx − axbz = 1·(−5) − (−6)·(−6) = −41
(a × b)z = axby − aybx = (−6)·(−1) − 3·(−5) = 21

Área

A = |a × b| = √((−17)² + (−41)² + 21²) = 49,1

Resposta

A = 49,1
7.Integrais

Resposta: I = 41,33

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.

Substituição

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u2 du

Integrar e avaliar

I = [u3/3]15 = (125 − 1)/3 = 41,33

Resposta

I = 41,33
8.Integrais

Resposta: A = 0,6667

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 = x → x = 0, x = 2

Integrar superior menos inferior

A = [0,5x2 − 0,1667x3]02 = 0,6667

Resposta

A = 0,6667
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: Duf = −29,7

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.

Gradiente no ponto

fx = −8xy² + 9x² + 2y → fx(2, −1) = 18
fy = −8x²y − 12y² + 2x → fy(2, −1) = 24

Vetor unitário

|v| = √((−1)² + (−1)²) = 1,414
u = (−0,7071, −0,7071)

Produto escalar

Duf = 18·(−0,7071) + 24·(−0,7071) = −29,7

Resposta

Duf = −29,7
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: D = 128

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).

Derivadas segundas

fxx = 12, fyy = 12, fxy = −4

Discriminante

D = 12·12 − (−4)² = 128
→ mínimo local

Resposta

D = 128
11.Sequências e séries

Resposta: B: Σ ln 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)ᵏ/k → Alternada, com 1/k decrescendo a 0: converge (condicionalmente).
B: Σ ln k / k → Maior que 1/k para k ≥ 3: diverge por comparação com a série harmônica.
C: Σ 2ᵏ/k! → Teste da razão: L = lim 2/(k + 1) = 0 < 1, converge.
D: Σ (1/3)ᵏ → Geométrica com r = 1/3, |r| < 1: converge.

A resposta

B: Σ ln k / k

Resposta

B: Σ ln k / k
12.Sequências e séries

Resposta: |R₃| = 0,0004

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 = 3! = 6

Cota de Lagrange

|R₃| ≤ 6·0,2⁴/4! = 0,0004

Resposta

|R₃| = 0,0004

O erro verdadeiro é menor: |f(0,2) − P₃(0,2)| = 0,0003451.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.6) = 6,024

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

5s + 35 = 5(s + 2) + 25
F(s) = 5/(s + 2) + 25/(s + 2)²

Transformada inversa

f(t) = 5·e−2t + 25·t·e−2t
f(0,6) = (5 + 25·0,6)·e−2·0,6 = 6,024

Resposta

f(0,6) = 6,024
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.25) = 5,713

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 + 7s + 12)·Y(s) = 4s + 28 + 144/s
Y(s) = (4s² + 28s + 144)/(s(s + 3)(s + 4))

Frações parciais

A = 144/(3·4) = 12
B = 96/((−3)·1) = −32
C = 96/((−4)·(−1)) = 24

Resultado

y(t) = 12 − 32·e−3t + 24·e−4t
y(0,25) = 5,713

Resposta

y(0,25) = 5,713

Verificação: y(0) = A + B + C = 4.

15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: tend = 6 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 + 0 = 2 s
tend = 5 + 1 = 6 s

Resposta

tend = 6 s

Resposta

tend = 6 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 = 2/10 = 0,2

Valor médio

c₀ = 4·0,2 = 0,8

Resposta

c0 = 0,8

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