공업수학 2: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 16개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

새 문제강의로 돌아가기

인쇄 창에서 “PDF로 저장”을 선택하면 기기에 사본을 보관할 수 있습니다.

1공식과 풀이 방법

미분방정식

지수적 성장/감소
dy/dt = ky → y = y0ekt
반감기
k = ln 2 / t½
뉴턴의 냉각 법칙
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
적분 인자
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
혼합 탱크
dm/dt = r·c − (r/V)·m

행렬과 행렬식

2×2 행렬식
det = ad − bc
2×2 역행렬
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
제품
(AB)ij = Σk AikBkj
고윳값
det(A − λI) = 0
크라메르 공식
xi = det(Ai)/det(A)

벡터: 내적과 외적

크기
|a| = √(ax² + ay² + az²)
단위 벡터
û = a/|a|
각도에서 성분 구하기
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
내적
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
a를 b 위에 투영한 스칼라 투영
a·b/|b|
일
W = F·d
외적
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
넓이
평행사변형 |a × b|, 삼각형 ½|a × b|
O에 대한 모멘트
MO = r × F, r = A − O
평행육면체의 부피
V = |a·(b × c)|

방법

  1. 모든 벡터를 성분으로 쓰세요. 크기와 각도로 주어진 힘은 F·cos θ와 F·sin θ를 쓰세요.
  2. 길이와 방향에는 크기 √(x² + y² + z²)와 단위 벡터 a/|a|를 쓰세요.
  3. 각도, 투영, 수직 여부, 일에는 내적을 쓰세요: a·b = |a||b|cos θ.
  4. 수직 벡터, 넓이, 모멘트에는 외적을 쓰세요. 세 성분을 조심스럽게 쓰고 순서 a × b를 지키세요.

적분

거듭제곱 미분법
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
정적분
∫ab f dx = F(b) − F(a)
주요 적분
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
곡선 사이의 넓이
∫ab (f − g) dx

방법

  1. 가능하면 피적분 함수를 간단한 항들의 합으로 다시 쓰세요.
  2. 거듭제곱 법칙 ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1)과 ex, 1/x, sin, cos의 기본 적분을 적용하세요.
  3. 함수와 그 도함수가 함께 보이면 치환을 쓰세요.
  4. 정적분은 F(b) − F(a)를 계산하세요.

다변수 미적분

편도함수
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
기울기
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
방향 도함수
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
접평면
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
연쇄 법칙
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
이계 도함수 판정법
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
이중적분
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
극좌표
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

방법

  1. 편도함수는 다른 변수를 상수로 다루고 일변수 규칙을 쓰세요.
  2. 그래디언트 문제는 그 점에서 ∇f = (fx, fy)를 계산하세요. 가장 가파른 기울기에는 |∇f|를, 방향 도함수에는 단위벡터 u와의 ∇f·u를 쓰세요.
  3. 극값은 fx = 0과 fy = 0을 연립해서 풀고, 모든 점을 D = fxx·fyy − fxy²로 분류하세요.
  4. 이중적분은 영역을 스케치하고, 안쪽 한계가 경계 곡선이 되도록 순서(원판은 극좌표)를 고르고, 안쪽부터 적분하세요.

수열과 급수

등차수열
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
등비수열
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
무한 등비급수
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p-급수
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
비율 판정법
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
수렴 반지름
R = lim |ck/ck+1|
테일러 다항식
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
매클로린 급수
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
라그랑주 오차 한계
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

방법

  1. 종류를 파악하세요: 등차(일정한 차), 등비(일정한 비), 표준 급수, 멱급수, 테일러 다항식.
  2. 합에는 Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), 또는 |r| < 1일 때 S = a₁/(1 − r)을 쓰세요. a₁은 합의 첫째 항입니다.
  3. 수렴은 먼저 n번째 항 판정법을 쓰고, 그다음 Σ1/kᵖ이나 등비급수와 비교하며, 팩토리얼과 k제곱에는 비율 판정법이나 근 판정법을 쓰세요.
  4. 테일러 다항식은 f(a), f′(a), f″(a), …를 나열하고, k계 도함수를 k!로 나누며, 오차는 M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!로 한정하세요.

합성곱과 LTI 시스템

이산 합성곱
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
연속 합성곱
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
길이와 합
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
시작, 끝, 면적
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
e^(−at)u(t)에 대한 계단 입력
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
1차 시스템
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
1차 점화식
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
h(t)를 통과하는 정현파
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
푸리에 급수 진폭
구형파 ±A: 4A/(kπ), 홀수 k; 삼각파 ±A: 8A/(π²k²), 홀수 k; 펄스열: A·D와 (2A/(kπ))|sin kπD|

방법

  1. 두 신호를 모두 스케치하고 각각 0이 아닌 구간을 표시하세요.
  2. h를 뒤집어 밀어 보세요. 각 출력 시각마다 두 신호가 겹치는 구간을 찾습니다.
  3. 그 겹치는 구간에서만 곱해 더하세요(이산) 또는 곱해 적분하세요(연속).
  4. 결과를 확인하세요. 출력은 시작 시각의 합에서 시작해 끝 시각의 합에서 끝나며, 면적이나 합은 입력의 면적이나 합의 곱입니다.

2연습 문제

1.미분방정식보통
t (min)T (°C)29Ta​18 °C20 °C

6 °C의 탄산음료 캔을 냉장고에서 꺼내 23 °C인 방에 둡니다. 29분 후 온도는 18 °C입니다. 이것은 뉴턴의 냉각 법칙 dT/dt = −k·(T − Tₐ)를 따릅니다. 시작 후 얼마나 지나야(t) 20 °C에 도달하나요?

T0 = 6 °CTa = 23 °CT(29) = 18 °CT = 20 °C
t = min
2.미분방정식어려움
t (min)m (kg)t = ?6 kg

탱크에 순수한 물 400 L가 들어 있습니다. 리터당 소금 0.05 kg이 든 소금물이 5 L/min으로 들어오고, 잘 섞인 용액이 같은 속도로 흘러 나갑니다. 몇 분 t 후에 탱크에 소금이 6 kg 들어 있게 되나요?

V = 400 Lm0 = 0 kgc = 0.05 kg/Lr = 5 L/min
t = min
3.행렬과 행렬식보통
A =2−324B =−61−4−1

주어진 행렬에 대해 C = AB라 합시다. 성분 c21(2행 1열)를 구하세요.

A = [2 −3; 2 4]B = [−6 1; −4 −1]
c21 =
4.행렬과 행렬식어려움
A =−5−16−4b =56

연립방정식 −5x − y = 5, 6x − 4y = 6을 푸세요. x를 구하세요.

−5x − y = 56x − 4y = 6
x =
5.벡터: 내적과 외적보통
xyzab

a = (0, 6, 6)와 b = (4, −2, 0)의 내적 a·b을(를) 구하시오.

a = (0, 6, 6)b = (4, −2, 0)
a·b =
6.벡터: 내적과 외적어려움
xyzrFOA

힘 F = (40, 40, 30) N이 점 A(−4, 3, 3)에 작용한다. 좌표의 단위는 미터이다. 원점 O(0, 0, 0)에 대한 힘의 모멘트의 y성분 My을(를) 구하시오.

F = (40, 40, 30) NA(−4, 3, 3) mO(0, 0, 0) m
My = N·m
7.적분보통
xyπ/3y = x·cos x

I = ∫₀π/3 x·cos x dx (x는 라디안)을 계산하시오.

∫₀π/3 x·cos x dx
I =
8.적분어려움
xyy = x2​y = 2x

y = x2과 y = 2x로 둘러싸인 영역의 넓이 A를 구하세요.

y = x2y = 2x
A =
9.다변수 미적분보통
xy2−2∇fP

f(x, y) = 5xy + 2x² − 4y³일 때 (2, −2)에서 가장 가파르게 증가하는 방향을 양의 x축에서 잰 각 θ로, −180°와 180° 사이의 도 단위로 구하시오.

f(x, y) = 5xy + 2x² − 4y³P = (2, −2)
θ = °
10.다변수 미적분어려움
xy−202−2024(1, 3)(−1, 3)

f(x, y) = −x³ + 3x − y² + 6y은(는) (1, 3)에서 임계점을 가진다. 거기서 판별식 D = fxxfyy − fxy²를 계산하시오.

f(x, y) = −x³ + 3x − y² + 6yP = (1, 3)
D =
11.수열과 급수보통
kSn​12345678910S = ?

합 S = Σk=1∞ 5/(k(k + 3))을(를) 구하시오.

ak = 5/(k(k + 3))
S =
12.수열과 급수어려움
xyfP₄−1.5

f(x) = eˣ의 4차 매클로린 다항식으로 f(−1.5)을(를) 근사하시오. P₄(−1.5)을(를) 구하시오.

f(x) = eˣn = 4x = −1.5
P₄(−1.5) =
13.라플라스 변환보통
t (s)f(t)t = 0.4f(0.4) = ?

F(s) = (2s + 15)/(s² + 6s + 9)의 f(t)를 구하고 f(0.4)을(를) 계산하시오.

F(s) = (2s + 15)/(s² + 6s + 9)t = 0.4 s
f(0.4) =
14.라플라스 변환어려움
t (s)y(t)t = 0.1y(0.1) = ?

라플라스 변환으로 y(0) = 7, y′(0) = −13인 y″ + 11y′ + 30y = 0을(를) 풀고 y(0.1)을(를) 구하시오.

y″ + 11y′ + 30y = 0y(0) = 7y′(0) = −13t = 0.1 s
y(0.1) =
15.합성곱과 LTI 시스템보통
x(t)t14h(t)t44

펄스 x(t) = 4(0 ≤ t < 1 s)이 h(t)와 합성곱됩니다. h(t)는 t = 0에서 4이고 t = 4 s에서 0이 되도록 선형으로 감소하는 삼각형입니다. y(t) = x(t) ∗ h(t) 아래의 면적 Ay을(를) 구하시오.

x(t) = 4, 0 ≤ t < 1 sh(0) = 4, h(4) = 0
Ay =
16.합성곱과 LTI 시스템어려움
5cos(20t)h(t) = 2e−20t​u(t)y(t)

입력 x(t) = 5·cos(20t)가 h(t) = 2·e−20tu(t)인 시스템에 가해집니다. 정상상태 출력의 진폭 Ym을(를) 구하시오.

h(t) = 2e−20tu(t)x(t) = 5cos(20t)
Ym =

3용액

1.미분방정식

답: t = 41.11 min

1계 미분방정식: dy/dt = k·y의 해는 y = y₀·ekt입니다(k > 0이면 성장, k < 0이면 감소). 반감기가 T이면 k = ln 2/T입니다. 뉴턴의 냉각 법칙 dT/dt = −k·(T − Tₐ)의 해는 T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt입니다. 선형 방정식 y′ + p(x)·y = q(x)는 적분 인자 μ = e∫p dx로 풉니다: (μy)′ = μq이므로 μy = ∫μq dx + C.

냉각 상수

k = ln(-17/-5)/29 = 0.0422 min⁻¹

목표 온도까지 걸리는 시간

t = ln(-17/(−3))/0.0422 = 41.11 min

답

t = 41.11 min
2.미분방정식

답: t = 28.53 min

1계 미분방정식: dy/dt = k·y의 해는 y = y₀·ekt입니다(k > 0이면 성장, k < 0이면 감소). 반감기가 T이면 k = ln 2/T입니다. 뉴턴의 냉각 법칙 dT/dt = −k·(T − Tₐ)의 해는 T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt입니다. 선형 방정식 y′ + p(x)·y = q(x)는 적분 인자 μ = e∫p dx로 풉니다: (μy)′ = μq이므로 μy = ∫μq dx + C.

결과

m(t) = 20 + (−20)·e−t/80

t 구하기

e−t/80 = (20 − 6)/(20 − 0) = 0.7
t = 80·ln(1.429) = 28.53 min

답

t = 28.53 min
3.행렬과 행렬식

답: c21 = −28

행렬: 2×2 행렬의 행렬식은 ad − bc입니다. 3×3은 한 행을 따라 전개합니다: 각 성분에 그 행과 열을 지우고 남은 2×2 행렬의 행렬식을 곱하고, 부호는 + − +로 번갈아 붙입니다. 고윳값 λ는 det(A − λI) = 0을 만족하며, 2×2에서는 λ² − (대각합)·λ + det = 0입니다.

행 × 열

c21 = 2·(−6) + 4·(−4) = −28

답

c21 = −28
4.행렬과 행렬식

답: x = −0.5385

행렬: 2×2 행렬의 행렬식은 ad − bc입니다. 3×3은 한 행을 따라 전개합니다: 각 성분에 그 행과 열을 지우고 남은 2×2 행렬의 행렬식을 곱하고, 부호는 + − +로 번갈아 붙입니다. 고윳값 λ는 det(A − λI) = 0을 만족하며, 2×2에서는 λ² − (대각합)·λ + det = 0입니다.

계수 행렬의 행렬식

det A = (−5)·(−4) − (−1)·6 = 26

x 열 바꾸기

det Aₓ = 5·(−4) − (−1)·6 = −14
x = −14/26 = −0.5385

답

x = −0.5385
y = −2.308
5.벡터: 내적과 외적

답: a·b = −12

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.

대응하는 성분끼리 곱하여 더하기

a·b = 0·4 + 6·(−2) + 6·0 = 0 + (−12) + 0 = −12

답

a·b = −12

음수: 두 벡터 사이의 각도가 90°보다 큽니다.

6.벡터: 내적과 외적

답: My = 240 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.

O에서 A로 가는 위치 벡터

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

모멘트 M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 3·30 − 3·40 = −30 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 3·40 − (−4)·30 = 240 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−4)·40 − 3·40 = −280 N·m

요청된 성분

My = 240 N·m

답

My = 240 N·m
7.적분

답: I = 0.4069

부분적분: ∫u·dv = u·v − ∫v·du이며, 곱의 미분법에서 나옵니다. u는 미분하면 더 간단해지는 인수(x의 거듭제곱 또는 ln x)로, dv는 적분할 수 있는 인수(eˣ, sin x, cos x, 또는 u = ln x일 때의 x)로 고르세요. 정적분에서는 u·v를 양 끝에서 계산합니다: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. x² 인수는 두 번 적용해야 합니다.

u와 dv 고르기

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

원시함수

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

극한

(π/3·sin π/3 + cos π/3) − (0 + 1) = 0.4069

답

I = 0.4069
8.적분

답: A = 1.333

정적분: ∫ₐᵇ f(x) dx는 a부터 b까지 그래프와 x축 사이의 부호 있는 넓이입니다. 원시함수 F(F′ = f)를 구하고 F(b) − F(a)를 계산합니다. 거듭제곱 법칙: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). 두 곡선 사이의 넓이는 ∫(위 − 아래) dx입니다.

교점

x2 = 2x → x = 0, x = 2

위에서 아래를 빼서 적분하기

A = [x2 − 0.3333x3]02 = 1.333

답

A = 1.333
9.다변수 미적분

답: θ = −93.01 °

그래디언트: ∇f = (fx, fy)는 가장 가파르게 증가하는 방향을 가리키며, |∇f|는 가장 큰 변화율입니다. 방향 v를 따른 방향 도함수는 단위벡터 u = v/|v|에 대해 Duf = ∇f·u입니다. (a, b)에서의 접평면은 z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b)이며, 그 점 근처에서 f의 선형 근사를 줍니다. 연쇄 법칙: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

편도함수

fx = 5y + 4x → fx(2, −2) = −2
fy = 5x − 12y² → fy(2, −2) = −38

방향

θ = atan2(−38, −2) = −93.01°

답

θ = −93.01°
10.다변수 미적분

답: D = 12

임계점과 이중적분: 임계점에서는 fx = fy = 0입니다. D = fxxfyy − fxy²를 쓰는 이계 도함수 판정법: D > 0이고 fxx > 0이면 극소, D > 0이고 fxx < 0이면 극대, D < 0이면 안장점, D = 0이면 아무것도 결정하지 못합니다. 일반적인 영역 위의 이중적분에서는 안쪽 적분 한계를 영역을 둘러싸는 곡선으로 두고, 원판과 부채꼴에는 극좌표 x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ를 쓰세요(인수 r을 잊지 마세요).

이계 도함수

fxx = −6, fyy = −2, fxy = 0

판별식

D = (−6)·(−2) − 0² = 12
→ 극대

답

D = 12
11.수열과 급수

답: S = 3.056

수렴: 항이 0으로 가지 않으면 급수는 발산합니다(n번째 항 판정법). Σ1/kᵖ은 p > 1일 때만, Σrᵏ은 |r| < 1일 때만 수렴합니다. k가 클 때 항이 이들과 비슷하게 행동하면 비교하세요. 비율 판정법: L = lim |ak+1/ak|, 근 판정법: L = lim |ak|1/k. L < 1이면 수렴, L > 1이면 발산, L = 1이면 아무것도 결정하지 못합니다. 멱급수 Σck(x − x₀)ᵏ은 R = lim |ck/ck+1|일 때 |x − x₀| < R에서 수렴합니다. 항이 0으로 감소하는 교대급수는 수렴합니다.

부분분수 전개

5/(k(k + 3)) = (5/3)·(1/k − 1/(k + 3))

취소

S = (5/3)·(1 + 1/2 + 1/3) = 3.056

답

S = 3.056
12.수열과 급수

답: P₄(−1.5) = 0.2734

테일러 다항식: x = a 근처에서 매끄러운 함수는 Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!으로 근사되며, a = 0이면 매클로린 다항식입니다. 표준 급수: 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. 라그랑주 오차 한계: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!이며, M은 a와 x 사이에서 |f⁽ⁿ⁺¹⁾|의 최댓값입니다.

매클로린 다항식

P₄(x) = 1 + x + 0.5x² + 0.1667x³ + 0.04167x⁴

대입하기

P₄(−1.5) = 1 − 1.5 + 1.125 − 0.5625 + 0.210938 = 0.2734

답

P₄(−1.5) = 0.2734

정확한 값은 f(−1.5) = 0.22313입니다. 항을 더 많이 쓰거나 0에 더 가까운 점을 택하면 오차 −0.0503073이(가) 줄어듭니다.

13.라플라스 변환

답: f(0.4) = 1.687

라플라스 변환: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt는 미분을 s의 곱셈으로 바꿉니다: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). 기본 변환쌍: 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)이며, s → s + σ로 이동하면 시간 함수에 e−σt가 곱해집니다. 유리 함수 F(s)를 역변환하려면 부분분수로 나눕니다. 단순 극점 p의 유수는 A = [(s − p)·F(s)] (s = p에서)입니다. 최종값 정리: f(∞) = lims→0 s·F(s). s·F(s)의 모든 극점이 좌반평면에 있을 때만 성립합니다. 초깃값 정리: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

분모 인수분해

s² + 6s + 9 = (s + 3)²

부분분수 전개

2s + 15 = 2(s + 3) + 9
F(s) = 2/(s + 3) + 9/(s + 3)²

역변환

f(t) = 2·e−3t + 9·t·e−3t
f(0.4) = (2 + 9·0.4)·e−3·0.4 = 1.687

답

f(0.4) = 1.687
14.라플라스 변환

답: y(0.1) = 5.516

라플라스 변환: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt는 미분을 s의 곱셈으로 바꿉니다: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). 기본 변환쌍: 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)이며, s → s + σ로 이동하면 시간 함수에 e−σt가 곱해집니다. 유리 함수 F(s)를 역변환하려면 부분분수로 나눕니다. 단순 극점 p의 유수는 A = [(s − p)·F(s)] (s = p에서)입니다. 최종값 정리: f(∞) = lims→0 s·F(s). s·F(s)의 모든 극점이 좌반평면에 있을 때만 성립합니다. 초깃값 정리: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

방정식 변환하기

s²Y − 7s − (−13) + 11(sY − 7) + 30Y = 0
Y(s) = (7s + 64)/((s + 5)(s + 6))

부분분수 전개

A = 29/1 = 29
B = 22/(−1) = −22

결과

y(t) = 29·e−5t − 22·e−6t
y(0.1) = 5.516

답

y(0.1) = 5.516

확인: y(0) = A + B = 7.

15.합성곱과 LTI 시스템

답: Ay = 32

연속 합성곱: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. h를 뒤집어 위치 t까지 밀고 겹치는 부분의 곱을 적분합니다. 인과 신호에서는 적분 구간이 0에서 t까지입니다. 유용한 결과: y의 면적은 x의 면적과 h의 면적의 곱입니다. x가 t₁부터 t₂까지, h가 t₃부터 t₄까지 지속되면 y는 t₁ + t₃부터 t₂ + t₄까지 지속됩니다. h(t) = e−atu(t)이고 높이 A의 계단 입력이면 y(t) = (A/a)(1 − e−at)입니다.

입력의 면적

∫x dt = 4·1 = 4
∫h dt = ½·4·4 = 8

출력의 면적

Ay = 4·8 = 32

답

Ay = 32
16.합성곱과 LTI 시스템

답: Ym = 0.3536

임펄스 응답과 푸리에 급수: 임펄스 응답 h(t)는 LTI 시스템을 완전히 기술합니다. y′ + a·y = b·x에서는 h(t) = b·e−atu(t)이고, y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n]에서는 h[n] = b·aⁿu[n]입니다. 정현파 cos ωt는 이득 |H(jω)|와 위상 ∠H(jω)를 받으며 통과합니다. 여기서 H는 h의 푸리에 변환입니다. 주기 신호는 k/T의 고조파들의 합입니다. ±A의 구형파는 홀수 고조파만 가지며 진폭이 4A/(kπ)이고, 최댓값 A의 삼각파는 8A/(π²k²), 높이 A이고 듀티비 D인 펄스열은 평균이 A·D이며 고조파가 (2A/(kπ))·|sin(kπD)|입니다.

주파수 응답

H(jω) = 2/(20 + jω)

입력 주파수에서의 이득

|H(j20)| = 2/√(20² + 20²) = 0.07071
Ym = 5·0.07071 = 0.3536

답

Ym = 0.3536

ExamProblems · examproblems.com/courses/engineering-mathematics-2