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)6Ta​65 °C48 °C

Uma xícara de café a 84 °C é deixada em uma sala a 22 °C. Após 6 min sua temperatura é 65 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo após o início, t, leva para chegar a 48 °C?

T0 = 84 °CTa = 22 °CT(6) = 65 °CT = 48 °C
t = min
2.Equações diferenciaisDifícil
xy13(1, −2)y(3) = ?

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

y′ + y/x = xy(1) = −2
y(3) =
3.Matrizes e determinantesMédia
A =4−3331451−3

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

A = [4 −3 3; 3 1 4; 5 1 −3]
det A =
4.Matrizes e determinantesDifícil
A =4−44−6

Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.

A = [4 −4; 4 −6]
λ =
5.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
xyzab

Encontre o produto escalar a·b de a = (0, −7, 1) e b = (2, −5, −4).

a = (0, −7, 1)b = (2, −5, −4)
a·b =
6.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
xyzrFOA

Uma força F = (50, −10, −20) N atua no ponto A(−1, 4, −2). As coordenadas estão em metros. Encontre a componente x Mx do momento da força em relação a o ponto O(−1, 3, 2).

F = (50, −10, −20) NA(−1, 4, −2) mO(−1, 3, 2) m
Mx = N·m
7.IntegraisMédia
xy2y = x·cos x

Calcule I = ∫₀2 x·cos x dx (x em radianos).

∫₀2 x·cos x dx
I =
8.IntegraisDifícil
xy2,5y = x²eˣ

Calcule I = ∫₀2,5 x²·eˣ dx.

∫₀2,5 x²eˣ dx
I =
9.Cálculo de várias variáveisMédia
xy13P

O plano tangente a z = −x³y³ − 4x² − xy no ponto onde (x, y) = (1, 3) pode ser escrito como z = px + qy + c. Encontre c.

f(x, y) = −x³y³ − 4x² − xy(a, b) = (1, 3)
c =
10.Cálculo de várias variáveisDifícil
xy05−4−202(3, −2)

Encontre os pontos críticos de f(x, y) = −2x² − 2xy − 3y² + 8x − 6y − 5, classifique-os e dê o valor fmax de f no seu máximo local.

f(x, y) = −2x² − 2xy − 3y² + 8x − 6y − 5
fmax =
11.Sequências e sériesMédia
AΣ 1/(k² + 2)k = 1 … ∞BΣ 1/√kk = 1 … ∞CΣ (3/2)ᵏk = 1 … ∞DΣ 3ᵏ/k³k = 1 … ∞

Exatamente uma das quatro séries converge. Clique nela.

A: Σ 1/(k² + 2)B: Σ 1/√kC: Σ (3/2)ᵏD: Σ 3ᵏ/k³
  1. 1A: Σ 1/(k² + 2)
  2. 2B: Σ 1/√k
  3. 3C: Σ (3/2)ᵏ
  4. 4D: Σ 3ᵏ/k³
12.Sequências e sériesDifícil

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

ak = 0,5ᵏ/k!
S =
13.Transformadas de LaplaceMédia
t (s)f(t)t = 1,5f(1,5) = ?

Encontre f(t) para F(s) = (3s + 11)/(s² + 2s + 1) e calcule f(1,5).

F(s) = (3s + 11)/(s² + 2s + 1)t = 1,5 s
f(1.5) =
14.Transformadas de LaplaceDifícil
ReIm−2−42

Um sistema é descrito pela equação diferencial y″ + 2y′ + 10y = 3u′ + 13u, 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 = 1,5 s. Encontre g(1,5).

y″ + 2y′ + 10y = 3u′ + 13ut = 1,5 s
g(1.5) =
15.Convolução e sistemas LITMédia
x(t)t24h(t)t45

O pulso x(t) = 4 para 0 ≤ t < 2 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(5) em t = 5 s.

x(t) = 4, 0 ≤ t < 2 sh(t) = 5, 0 ≤ t < 4 st = 5 s
y(5) =
16.Convolução e sistemas LITDifícil
u[n]3+y[n]−0,8·z⁻¹+

Um sistema obedece a y[n] = −0,8·y[n − 1] + 3·x[n] e parte do repouso. A entrada é o degrau unitário x[n] = u[n]. Encontre y[2].

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

3Soluções

1.Equações diferenciais

Resposta: t = 14,25 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(62/43)/6 = 0,06099 min⁻¹

Tempo até atingir o valor desejado

t = ln(62/26)/0,06099 = 14,25 min

Resposta

t = 14,25 min
2.Equações diferenciais

Resposta: y(3) = 2,222

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)′ = x2 → x1y = 1x3/3 + C

Condição inicial

−2 = 1/3 + C → C = −2,333

Calcular

y(3) = (1·33/3 + (−2,333))/31 = 2,222

Resposta

y(3) = 2,222
3.Matrizes e determinantes

Resposta: det A = −121

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 = −7, M₁₂ = −29, M₁₃ = −2

Desenvolvimento por cofatores

det A = 4·(−7) − (−3)·(−29) + 3·(−2) = −121

Resposta

det A = −121
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 − (−2)λ + (−8) = 0

Resolva

λ = (−2 ± √(36))/2 → λ = −4, 2
λ = 2

Resposta

λ = 2
5.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: a·b = 31

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.

Multiplique as componentes correspondentes e some

a·b = 0·2 + (−7)·(−5) + 1·(−4) = 0 + 35 + (−4) = 31

Resposta

a·b = 31

Positivo: o ângulo entre os vetores é menor que 90°.

6.Vetores: produto escalar e vetorial

Resposta: Mx = −60 N·m

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.

Vetor de posição de O a A

r = A − O = (−1, 4, −2) − (−1, 3, 2) = (0, 1, −4) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 1·(−20) − (−4)·(−10) = −60 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−4)·50 − 0·(−20) = −200 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = 0·(−10) − 1·50 = −50 N·m

Componente pedida

Mx = −60 N·m

Resposta

Mx = −60 N·m
7.Integrais

Resposta: I = 0,4024

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.

Escolha u e dv

u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x

Primitiva

∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x

Limites

(2·sin 2 + cos 2) − (0 + 1) = 0,4024

Resposta

I = 0,4024
8.Integrais

Resposta: I = 37,59

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

12,18·(3,25) − 1·2 = 37,59

Resposta

I = 37,59
9.Cálculo de várias variáveis

Resposta: c = 142

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.

Valor e inclinações no ponto

f(1, 3) = −34
fx = −3x²y³ − 8x − y → fx(1, 3) = −92
fy = −3x³y² − x → fy(1, 3) = −28

Plano tangente

z = −34 − 92(x − 1) − 28(y − 3)
z = −92x − 28y + 142

Termo constante

c = 142

Resposta

c = 142
10.Cálculo de várias variáveis

Resposta: fmax = 13

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 = −4x − 2y + 8 = 0
fy = −2x − 6y − 6 = 0
(3, −2)

Teste da segunda derivada

(3, −2): fxx = −4, fyy = −6, fxy = −2, D = 20 → máximo local

Valor no extremo

f(3, −2) = 13

Resposta

fmax = 13
11.Sequências e séries

Resposta: A: Σ 1/(k² + 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.

Teste cada série

A: Σ 1/(k² + 2) → Menor que 1/k², uma série-p convergente: converge por comparação.
B: Σ 1/√k → Série-p com p = 1/2 ≤ 1: diverge.
C: Σ (3/2)ᵏ → Geométrica com r = 3/2 > 1: os termos crescem, então diverge.
D: Σ 3ᵏ/k³ → Teste da razão: L = 3 > 1, diverge.

A resposta

A: Σ 1/(k² + 2)

Resposta

A: Σ 1/(k² + 2)
12.Sequências e séries

Resposta: S = 1,649

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 = 0,5
S = e0,5 = 1,649

Resposta

S = 1,649
13.Transformadas de Laplace

Resposta: f(1.5) = 3,347

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 + 2s + 1 = (s + 1)²

Frações parciais

3s + 11 = 3(s + 1) + 8
F(s) = 3/(s + 1) + 8/(s + 1)²

Transformada inversa

f(t) = 3·e−t + 8·t·e−t
f(1,5) = (3 + 8·1,5)·e−1,5 = 3,347

Resposta

f(1,5) = 3,347
14.Transformadas de Laplace

Resposta: g(1.5) = −0,8682

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 + 13)/(s² + 2s + 10)

Frações parciais

s² + 2s + 10 = (s + 1)² + 3²
G(s) = 3·(s + 1)/((s + 1)² + 3²) + (10/3)·3/((s + 1)² + 3²)

Resposta ao impulso

g(t) = e−t·(3·cos 3t + 3,333·sin 3t)
g(1,5) = −0,8682

Resposta

g(1,5) = −0,8682
15.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y(5) = 20

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 ∈ [1, 2] → comprimento 1 s

Integral

y(5) = 4·5·1 = 20

Resposta

y(5) = 20

y(t) é um trapézio: sobe a partir de 0, fica em 40 e volta a 0 em t = 6 s.

16.Convolução e sistemas LIT

Resposta: y[2] = 2,52

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

y[0] = 3
y[1] = 0,6
y[2] = 2,52

Resultado

y[2] = 3·(1 − (−0,8)3)/(1 − (−0,8)) = 2,52

Resposta

y[2] = 2,52

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