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​43 °C62 °C

Uma xícara de café a 90 °C é deixada em uma sala a 21 °C. Após 23 min sua temperatura é 43 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo após o início, t, leva para chegar a 62 °C?

T0 = 90 °CTa = 21 °CT(23) = 43 °CT = 62 °C
t = min
2.Equações diferenciaisDifícil
tyK = 2y(1,5) = ?

Um sistema obedece a y″ + 2y′ + 17y = 34 para t ≥ 0, partindo do repouso: y(0) = 0, y′(0) = 0. Encontre y(1,5); ângulos em radianos.

y″ + 2y′ + 17y = 34y(0) = 0y′(0) = 0
y(1.5) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =−4−3−6−2B =2216

Seja C = AB para as matrizes apresentadas. Calcule o elemento c11 (linha 1, coluna 1).

A = [−4 −3; −6 −2]B = [2 2; 1 6]
c11 =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =−2−479

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

A = [−2 −4; 7 9]
λ =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre a projeção escalar compb a de a = (−1, 6, 5) sobre b = (−3, 1, −4), isto é, a componente de a na direção de b.

a = (−1, 6, 5)b = (−3, 1, −4)
compb a =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzab

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

a = (5, −5, 2)b = (−3, −6, 3)
A =
7.IntegraisMédia
xy15

Calcule I = ∫15 2/x dx.

f(x) = 2/x[1, 5]
I =
8.IntegraisDifícil
xy1,5y = x²eˣ

Calcule I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.

∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy−11∇fP

Para f(x, y) = −2xy² − 3x³ − 3y² − xy, encontre a direção de maior crescimento em (−1, 1) como o ângulo θ a partir do eixo x positivo, em graus entre −180° e 180°.

f(x, y) = −2xy² − 3x³ − 3y² − xyP = (−1, 1)
θ = °
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy−202−202ABC

Os pontos marcados são os pontos críticos de f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy. Clique no ponto de sela.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy
  1. 1A (−2, −2)
  2. 2B (2, 2)
  3. 3C (0, 0)
11.Sequências e sériesMédia
xx₀ = 3??R

Encontre o raio de convergência R da série de potências Σk=1∞ (x − 3)ᵏ/(k·3ᵏ).

Σ (x − 3)ᵏ/(k·3ᵏ)x₀ = 3
R =
12.Sequências e sériesDifícil

f(x) = eˣ é aproximada em x = 2 pelo seu polinômio de Maclaurin de grau n. Com a cota de Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! e M = 8, encontre o menor grau n que garante um erro abaixo de 0,0005.

f(x) = eˣx = 2M = 8ε = 0,0005
n =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 0,6f(0,6) = ?

Encontre f(t) para F(s) = 15/(s(s + 2)(s + 3)) por frações parciais e calcule f(0,6).

F(s) = 15/(s(s + 2)(s + 3))t = 0,6 s
f(0.6) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Um sistema obedece a y″ + 3y′ + 2y = 8·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(0,2).

y″ + 3y′ + 2y = 8·u(t)u(t) = 1y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t15h(t)t23

O pulso x(t) = 5 para 0 ≤ t < 1 s é convoluído com h(t), um triângulo que cai linearmente de 3 em t = 0 até 0 em t = 2 s. Encontre a área Ay sob y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 5, 0 ≤ t < 1 sh(0) = 3, h(2) = 0
Ay =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
x(t)t (ms)510205−5

Uma onda triangular sobe e desce linearmente entre −5 e +5 com período T = 10 ms. Encontre a amplitude c1 da sua componente de Fourier em 100 Hz.

±5T = 10 msf = 100 Hz
c1 =

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: t = 10,47 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(69/22)/23 = 0,0497 min⁻¹

Tempo até atingir o valor desejado

t = ln(69/41)/0,0497 = 10,47 min

Resposta

t = 10,47 min
2.Equações diferenciais

Resposta: y(1.5) = 1,603

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 = 2, r = −1 ± 4j

Constantes a partir dos valores iniciais

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

Calcular

y(1,5) = 2·(1 − e−1,5(cos 6 + 0,25·sin 6)) = 1,603

Resposta

y(1,5) = 1,603
3.Matrizes e determinantes

Resposta: c11 = −11

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.

Linha vezes coluna

c11 = (−4)·2 + (−3)·1 = −11

Resposta

c11 = −11
4.Matrizes e determinantes

Resposta: λ = 5

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 − (7)λ + (10) = 0

Resolva

λ = (7 ± √(9))/2 → λ = 2, 5
λ = 5

Resposta

λ = 5
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: compb a = −2,157

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 = (−1)·(−3) + 6·1 + 5·(−4) = −11

Comprimento de b

|b| = √((−3)² + 1² + (−4)²) = 5,099

Projeção escalar

compb a = a·b/|b| = −11/5,099 = −2,157

Resposta

compb a = −2,157

Negativa: a tem uma componente que aponta contra b.

6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: A = 49,75

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 = (−5)·3 − 2·(−6) = −3
(a × b)y = azbx − axbz = 2·(−3) − 5·3 = −21
(a × b)z = axby − aybx = 5·(−6) − (−5)·(−3) = −45

Área

A = |a × b| = √((−3)² + (−21)² + (−45)²) = 49,75

Resposta

A = 49,75
7.Integrais

Resposta: I = 3,219

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) = 2·ln x

Avaliar nos limites

I = 2·(ln 5 − ln 1) = 2·ln 5 = 3,219

Resposta

I = 3,219
8.Integrais

Resposta: I = 3,602

Integração por partes: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, a partir da regra do produto. Escolha como u o fator que fica mais simples quando você o deriva (uma potência de x ou ln x) e como dv o fator que você sabe integrar (eˣ, sen x, cos x ou x quando u = ln x). Para uma integral definida, calcule u·v nos dois limites: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Um fator x² exige duas rodadas.

Primeira rodada

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Segunda rodada

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Limites

4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602

Resposta

I = 3,602
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: θ = −175,2 °

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 = −2y² − 9x² − y → fx(−1, 1) = −12
fy = −4xy − 6y − x → fy(−1, 1) = −1

Direção

θ = atan2(−1, −12) = −175,2°

Resposta

θ = −175,2°
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: C (0, 0)

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 − 16y = 0
fy = 4y³ − 16x = 0
(0, 0), (2, 2), (−2, −2)

Teste da segunda derivada

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −16, D = −256 → ponto de sela
(2, 2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → mínimo local
(−2, −2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → mínimo local

O ponto

C (0, 0): ponto de sela

Resposta

C (0, 0)
11.Sequências e séries

Resposta: R = 3

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.

Coeficientes

ck/ck+1 = 3·((k + 1)/k) → 3

Raio

R = 3

Resposta

R = 3

O teste da razão nada diz nos dois extremos; eles precisam ser verificados separadamente.

12.Sequências e séries

Resposta: n = 10

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.

n(n + 1)!cota011612162610,673245,33341202,13357200,7111650400,20327403200,0507983628800,01129936288000,00225710399168000,0004105

Cotas para n crescente

n = 9: 0,002257 ≥ 0,0005
n = 10: 0,0004105 < 0,0005

Menor grau

n = 10

Resposta

n = 10
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(0.6) = 1,068

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).

Frações parciais

F(s) = A/s + B/(s + 2) + C/(s + 3)
A = 15/(2·3) = 2,5
B = 15/((−2)·1) = −7,5
C = 15/((−3)·(−1)) = 5

Transformada inversa

f(t) = 2,5 − 7,5·e−2t + 5·e−3t

Calcular

f(0,6) = 2,5 − 7,5·e−2·0,6 + 5·e−3·0,6 = 1,068

Resposta

f(0,6) = 1,068
14.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.2) = 0,1314

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) = 8/(s(s + 1)(s + 2))

Frações parciais

A = 8/(1·2) = 4
B = 8/((−1)·1) = −8
C = 8/((−2)·(−1)) = 4

Saídas

y(t) = 4 − 8·e−t + 4·e−2t
y(0,2) = 0,1314

Resposta

y(0,2) = 0,1314
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: Ay = 15

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).

Áreas das entradas

∫x dt = 5·1 = 5
∫h dt = ½·2·3 = 3

Área da saída

Ay = 5·3 = 15

Resposta

Ay = 15
16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: c1 = 4,053

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 = 100 Hz → k = 1

Amplitude

c1 = 8·5/(π²·1²) = 4,053

Resposta

c1 = 4,053

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