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)23Ta​18 °C11 °C

Uma lata de refrigerante a 4 °C é tirada da geladeira e levada para uma sala a 25 °C. Após 23 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 11 °C?

T0 = 4 °CTa = 25 °CT(23) = 18 °CT = 11 °C
t = min
2.Equações diferenciaisDifícil
t (min)m (kg)t = ?8 kg

Um tanque contém 100 L de água pura. Salmoura com 0,1 kg de sal por litro entra a 10 L/min, e a solução bem misturada sai na mesma vazão. Após quantos minutos t o tanque contém 8 kg de sal?

V = 100 Lm0 = 0 kgc = 0,1 kg/Lr = 10 L/min
t = min
3.Matrizes e determinantesMédia
A =−54−21−4−211−3

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

A = [−5 4 −2; 1 −4 −2; 1 1 −3]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =−6−2−55b =10−6

Resolva o sistema −6x − 2y = 10 e −5x + 5y = −6. Calcule x.

−6x − 2y = 10−5x + 5y = −6
x =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o ângulo θ entre os vetores a = (0, −1, 4) e b = (−4, 6, −2), em graus.

a = (0, −1, 4)b = (−4, 6, −2)
θ = °
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzABC

Encontre a área A do triângulo de vértices A(3, 2, 3), B(−3, 4, −3) e C(−4, −3, 1). As coordenadas estão em metros.

A(3, 2, 3)B(−3, 4, −3)C(−4, −3, 1)
A = m²
7.IntegraisMédia
xy02

Calcule I = ∫02 ex dx.

f(x) = ex[0, 2]
I =
8.IntegraisDifícil
xy−11

Calcule a área A da região entre a parábola y = 1 − x² e o eixo x.

y = 1 − x²
A =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy33∇fP

Para f(x, y) = 3xy³ − 5x² + 4y³ + 2xy, encontre a direção de maior crescimento em (3, 3) como o ângulo θ a partir do eixo x positivo, em graus entre −180° e 180°.

f(x, y) = 3xy³ − 5x² + 4y³ + 2xyP = (3, 3)
θ = °
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy2

Use coordenadas polares para calcular I = ∬R (x² + y²) dA, em que R é o quarto do disco x² + y² ≤ 4 no primeiro quadrante.

f = x² + y²0 ≤ r ≤ 20 ≤ θ ≤ π/2
I =
11.Sequências e sériesMédia
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Aplique o teste da razão a Σk=1∞ (k!)²·8ᵏ/(2k)!. Encontre L = lim |ak+1/ak|.

ak = (k!)²·8ᵏ/(2k)!
L =
12.Sequências e sériesDifícil

Reconheça a série e encontre a sua soma: S = Σk=0∞ 1,5ᵏ/k!.

ak = 1,5ᵏ/k!
S =
13.Transformadas de LaplaceMédia
ReIm−1−2−3−4−51

Encontre f(t) para F(s) = (4s + 20)/(s² + 8s + 17) completando o quadrado e calcule f(0,4).

F(s) = (4s + 20)/(s² + 8s + 17)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Um sistema obedece a y″ + 8y′ + 15y = 22,5·u(t). Ele parte do repouso (y(0) = 0, y′(0) = 0) e a entrada é um degrau u(t) = 5 para t ≥ 0. Use a transformada de Laplace para encontrar a saída y(0,1).

y″ + 8y′ + 15y = 22,5·u(t)u(t) = 5y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,1 s
y(0.1) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t4h(t)t1

A entrada x(t) = 4·e−2tu(t) é aplicada a um sistema com h(t) = e−4tu(t). Encontre a saída y(2) em t = 2 s.

x(t) = 4·e−2tu(t)h(t) = e−4tu(t)t = 2 s
y(2) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)2,55102−2

Uma onda triangular sobe e desce linearmente entre −2 e +2 com período T = 5 ms. Encontre a amplitude c1 da sua componente de Fourier em 200 Hz.

±2T = 5 msf = 200 Hz
c1 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: t = 8,489 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(-21/-7)/23 = 0,04777 min⁻¹

Tempo até atingir o valor desejado

t = ln(-21/(−14))/0,04777 = 8,489 min

Resposta

t = 8,489 min
2.Equações diferenciais

Resposta: t = 16,09 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.

Resultado

m(t) = 10 + (−10)·e−t/10

Resolver para t

e−t/10 = (10 − 8)/(10 − 0) = 0,2
t = 10·ln(5) = 16,09 min

Resposta

t = 16,09 min
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −76

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 = 14, M₁₂ = −1, M₁₃ = 5

Desenvolvimento por cofatores

det A = (−5)·14 − 4·(−1) + (−2)·5 = −76

Resposta

det A = −76
4.Matrizes e determinantes

Resposta: x = −0,95

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)·(−5) = −40

Substituir a coluna de x

det Aₓ = 10·5 − (−2)·(−6) = 38
x = 38/(−40) = −0,95

Resposta

x = −0,95
y = −2,15
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: θ = 117 °

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 = 0·(−4) + (−1)·6 + 4·(−2) = −14

Módulos

|a| = √(0² + (−1)² + 4²) = 4,123
|b| = √((−4)² + 6² + (−2)²) = 7,483

Ângulo

cos θ = −14/(4,123·7,483) = −0,4537
θ = arccos(−0,4537) = 117°

Resposta

θ = 117°
6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: A = 31,59 m²

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.

Vetores das arestas

AB = B − A = (−6, 2, −6)
AC = C − A = (−7, −5, −2)

Produto vetorial

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 2·(−2) − (−6)·(−5) = −34
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = (−6)·(−7) − (−6)·(−2) = 30
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = (−6)·(−5) − 2·(−7) = 44
|AB × AC| = √((−34)² + 30² + 44²) = 63,18

Área do triângulo

A = ½·63,18 = 31,59 m²

Resposta

A = 31,59 m²
7.Integrais

Resposta: I = 6,389

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) = ex/1

Avaliar nos limites

I = (e2 − 1)/1 = (7,389 − 1)/1 = 6,389

Resposta

I = 6,389
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.

Zeros

1 − x² = 0 → x = ±1

Integrar

A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333

Resposta

A = 1,333
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: θ = 80,93 °

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 = 3y³ − 10x + 2y → fx(3, 3) = 57
fy = 9xy² + 12y² + 2x → fy(3, 3) = 357

Direção

θ = atan2(357, 57) = 80,93°

Resposta

θ = 80,93°
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: I = 6,283

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/2 ∫02 r²·r dr dθ

Integrar

∫ r²·r dr = [r⁴/4]
I = 6,283

Resposta

I = 6,283
11.Sequências e séries

Resposta: L = 2

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.

Razão entre termos consecutivos

|ak+1/ak| = 8·(k + 1)²/((2k + 2)(2k + 1)) → 8/4

Conclusão

L = 2 > 1

Resposta

L = 2

L > 1, então a série diverge.

12.Sequências e séries

Resposta: S = 4,482

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 xᵏ/k! = eˣ

Substituir

x = 1,5
S = e1,5 = 4,482

Resposta

S = 4,482
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.4) = 1,058

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 + 8s + 17 = (s + 4)² + 1 = (s + 4)² + 1²

Associe o numerador

F(s) = 4·(s + 4)/((s + 4)² + 1²) + (4/1)·1/((s + 4)² + 1²)

Transformada inversa

f(t) = e−4t·(4·cos 1t + 4·sin 1t)
f(0,4) = e−4·0,4·(4·cos(1·0,4) + 4·sin(1·0,4)) = 1,058

Resposta

f(0,4) = 1,058
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.1) = 0,4331

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) = 112,5/(s(s + 3)(s + 5))

Frações parciais

A = 112,5/(3·5) = 7,5
B = 112,5/((−3)·2) = −18,75
C = 112,5/((−5)·(−2)) = 11,25

Saídas

y(t) = 7,5 − 18,75·e−3t + 11,25·e−5t
y(0,1) = 0,4331

Resposta

y(0,1) = 0,4331
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(2) = 0,03596

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) = 4e−4t∫₀ᵗ e−(2 − 4)τ dτ = 4(e−4t − e−2t)/(−2)

Calcular

y(2) = 4·(0,0003355 − 0,01832)/(−2) = 0,03596

Resposta

y(2) = 0,03596
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: c1 = 1,621

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 = 200 Hz → k = 1

Amplitude

c1 = 8·2/(π²·1²) = 1,621

Resposta

c1 = 1,621

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