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
t (min)T (°C)13Ta​18 °C23 °C

Uma lata de refrigerante a 3 °C é tirada da geladeira e levada para uma sala a 28 °C. Após 13 min sua temperatura é 18 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo após o início, t, leva para chegar a 23 °C?

T0 = 3 °CTa = 28 °CT(13) = 18 °CT = 23 °C
t = min
2.Equações diferenciaisDifícil
tyK = 1ymax​ = ?

Um sistema obedece a y″ + 4y′ + 29y = 29 para t ≥ 0, partindo do repouso: y(0) = 0, y′(0) = 0. Encontre o valor de pico ymax da sua resposta ao degrau.

y″ + 4y′ + 29y = 29y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =54−35−3502−4

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

A = [5 4 −3; 5 −3 5; 0 2 −4]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =1−1−20

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

A = [1 −1; −2 0]
λ =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzdFAB

Uma força constante F = (25, −20, −20) N atua sobre um objeto enquanto ele se move em linha reta do ponto A(0, 3, 4) ao ponto B(1, −4, −3). As coordenadas estão em metros. Encontre o trabalho W realizado pela força.

F = (25, −20, −20) NA(0, 3, 4) mB(1, −4, −3) m
W = J
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzab

Encontre a área A do paralelogramo formado por a = (−3, −3, 3) e b = (2, 5, 6).

a = (−3, −3, 3)b = (2, 5, 6)
A =
7.IntegraisMédia
xy210

Calcule I = ∫210 1/x dx.

f(x) = 1/x[2, 10]
I =
8.IntegraisDifícil
xy−22

Calcule a área A da região entre a parábola y = 4 − x² e o eixo x.

y = 4 − x²
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy−500246vP

Para f(x, y) = −3x²y³ + 5x³ + 5y² + 3xy, encontre a derivada direcional Duf em (−1, 3) na direção de v = (−3, −3).

f(x, y) = −3x²y³ + 5x³ + 5y² + 3xyP = (−1, 3)v = (−3, −3)
Duf =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xyx = 2y = 0,5x21

Calcule I = ∬T (2x + y) dA sobre o triângulo T limitado por y = 0, x = 2 e y = 0,5x.

f = 2x + y0 ≤ x ≤ 20 ≤ y ≤ 0,5x
I =
11.Sequências e sériesMédia
kSn​12345678910S = ?

Encontre a soma S = Σk=1∞ 6/(k(k + 4)).

ak = 6/(k(k + 4))
S =
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = ln(1 + x) é aproximada pelo seu polinômio de Maclaurin de grau 4 em x = 0,2. Use a cota de erro de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! com M = 4! = 24 para encontrar o maior erro possível |R₄|.

f(x) = ln(1 + x)n = 4x = 0,2M = 24
|R₄| =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,3f(0,3) = ?

Encontre f(t) para F(s) = (3s + 24)/(s² + 4s + 4) e calcule f(0,3).

F(s) = (3s + 24)/(s² + 4s + 4)t = 0,3 s
f(0.3) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−1−2−3−4−51

Um sistema é descrito pela equação diferencial y″ + 9y′ + 20y = 3u′ + 8u, 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 = 0,2 s. Encontre g(0,2).

y″ + 9y′ + 20y = 3u′ + 8ut = 0,2 s
g(0.2) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t12h(t)t45

O pulso x(t) = 2 para 0 ≤ t < 1 s (zero fora disso) é aplicado a um sistema com resposta ao impulso h(t) = 5 para 0 ≤ t < 4 s (zero fora disso). Encontre a saída y(1,5) em t = 1,5 s.

x(t) = 2, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 5, 0 ≤ t < 4 st = 1,5 s
y(1.5) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)2481

Uma onda quadrada comuta entre 1 e 0 com período T = 4 ms (meio período em cada nível). Encontre a amplitude c7 da sua componente de Fourier em 1750 Hz.

0 … 1T = 4 msf = 1750 Hz
c7 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: t = 22,83 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.

Constante de resfriamento

k = ln(-25/-10)/13 = 0,07048 min⁻¹

Tempo até atingir o valor desejado

t = ln(-25/(−5))/0,07048 = 22,83 min

Resposta

t = 22,83 min
2.Equações diferenciais

Resposta: ymax = 1,285

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.

Valor estacionário e raízes

yss = 1, r = −2 ± 5j

Constantes a partir dos valores iniciais

y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −2A + 5B = 0 → B = −0,4

Pico

t = π/5 = 0,6283
ymax = 1·(1 + e−2·π/5) = 1,285

Resposta

ymax = 1,285
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = 60

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 = −20, M₁₃ = 10

Desenvolvimento por cofatores

det A = 5·2 − 4·(−20) + (−3)·10 = 60

Resposta

det A = 60
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 + (−2) = 0

Resolva

λ = (1 ± √(9))/2 → λ = −1, 2
λ = 2

Resposta

λ = 2
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: W = 305 J

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.

Deslocamento

d = B − A = (1, −4, −3) − (0, 3, 4) = (1, −7, −7) m

Trabalho

W = F·d = 25·1 + (−20)·(−7) + (−20)·(−7) = 305 J

Resposta

W = 305 J
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: A = 41,79

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 − 3·5 = −33
(a × b)y = azbx − axbz = 3·2 − (−3)·6 = 24
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·5 − (−3)·2 = −9

Área

A = |a × b| = √((−33)² + 24² + (−9)²) = 41,79

Resposta

A = 41,79
7.Integrais

Resposta: I = 1,609

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 10 − ln 2) = ln 5 = 1,609

Resposta

I = 1,609
8.Integrais

Resposta: A = 10,67

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

4 − x² = 0 → x = ±2

Integrar

A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67

Resposta

A = 10,67
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: Duf = −93,34

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 = −6xy³ + 15x² + 3y → fx(−1, 3) = 186
fy = −9x²y² + 10y + 3x → fy(−1, 3) = −54

Vetor unitário

|v| = √((−3)² + (−3)²) = 4,243
u = (−0,7071, −0,7071)

Produto escalar

Duf = 186·(−0,7071) + (−54)·(−0,7071) = −93,34

Resposta

Duf = −93,34
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 3

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).

Limites

0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 0,5x

Integral interna

∫00,5x (2x + y) dy = 2x·0,5x + (0,5x)²/2 = 1,125x²

Integral externa

I = 1,125·2³/3 = 3

Resposta

I = 3
11.Sequências e séries

Resposta: S = 3,125

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.

Frações parciais

6/(k(k + 4)) = (6/4)·(1/k − 1/(k + 4))

Cancelar

S = (6/4)·(1 + 1/2 + 1/3 + 1/4) = 3,125

Resposta

S = 3,125
12.Sequências e séries

Resposta: |R₄| = 6,4 × 10⁻⁵

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 = 4! = 24

Cota de Lagrange

|R₄| ≤ 24·0,2⁵/5! = 6,4 × 10⁻⁵

Resposta

|R₄| = 6,4 × 10⁻⁵

O erro verdadeiro é menor: |f(0,2) − P₄(0,2)| = 5,489 × 10⁻⁵.

13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.3) = 4,61

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

3s + 24 = 3(s + 2) + 18
F(s) = 3/(s + 2) + 18/(s + 2)²

Transformada inversa

f(t) = 3·e−2t + 18·t·e−2t
f(0,3) = (3 + 18·0,3)·e−2·0,3 = 4,61

Resposta

f(0,3) = 4,61
14.Transformadas de Laplace

Resposta: g(0.2) = 0,7778

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) = (3s + 8)/(s² + 9s + 20)

Frações parciais

s² + 9s + 20 = (s + 4)(s + 5)
A = −4, B = 7

Resposta ao impulso

g(t) = −4·e−4t + 7·e−5t
g(0,2) = 0,7778

Resposta

g(0,2) = 0,7778
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(1.5) = 10

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).

Sobreposição do pulso invertido

h(t − τ) é o pulso de h invertido e deslocado de modo que termine em τ = t.

τ ∈ [0, 1] → comprimento 1 s

Integral

y(1,5) = 2·5·1 = 10

Resposta

y(1,5) = 10

y(t) é um trapézio: sobe a partir de 0, fica em 10 e volta a 0 em t = 5 s.

16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: c7 = 0,09095

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 = 1750/250 = 7

Amplitude

c7 = 4·0,5/(7π) = 0,09095

Resposta

c7 = 0,09095

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