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)6Ta​T = ?

85 °C의 커피 한 잔을 23 °C인 방에 둡니다. 이것은 뉴턴의 냉각 법칙 dT/dt = −k·(T − Tₐ)를 따릅니다. k = 0.05 min⁻¹일 때 6분 후의 온도 T을(를) 구하세요.

T0 = 85 °CTa = 23 °Ck = 0.05 min⁻¹t = 6 min
T = °C
2.미분방정식어려움
t (min)m (kg)t = ?24 kg

탱크에 소금 20 kg이 녹아 있는 물 100 L가 들어 있습니다. 리터당 소금 0.25 kg이 든 소금물이 20 L/min으로 들어오고, 잘 섞인 용액이 같은 속도로 흘러 나갑니다. 몇 분 t 후에 탱크에 소금이 24 kg 들어 있게 되나요?

V = 100 Lm0 = 20 kgc = 0.25 kg/Lr = 20 L/min
t = min
3.행렬과 행렬식보통
A =20332−4−554

주어진 3×3 행렬 A의 행렬식 det A를 구하세요.

A = [2 0 3; 3 2 −4; −5 5 4]
det A =
4.행렬과 행렬식어려움
A =1−1−5−3

주어진 행렬 A의 더 큰 고윳값 λ를 구하세요.

A = [1 −1; −5 −3]
λ =
5.벡터: 내적과 외적보통
xyzab

a = (7, 7, −5)를 b = (−6, −2, 5) 위에 투영한 스칼라 투영 compb a, 즉 a의 b 방향 성분을 구하시오.

a = (7, 7, −5)b = (−6, −2, 5)
compb a =
6.벡터: 내적과 외적어려움
xyzab

단위 벡터 n̂은(는) a = (2, −1, −4)와 b = (3, −4, 4)에 모두 수직이고 z성분이 양수이다. 그 x성분 n̂x을(를) 구하시오.

a = (2, −1, −4)b = (3, −4, 4)n̂z > 0
n̂x =
7.적분보통
xy02

I = ∫02 e−0.5x dx를 계산하세요.

f(x) = e−0.5x[0, 2]
I =
8.적분어려움
xy−33

포물선 y = 9 − x²과 x축 사이 영역의 넓이 A를 구하세요.

y = 9 − x²
A =
9.다변수 미적분보통

z = 5x²y³ − 3x² − 5y³ + 4xy이고 x = t + 2, y = −t² + 2이다. 연쇄 법칙을 이용해 t = 1에서 dz/dt을(를) 구하시오.

z = 5x²y³ − 3x² − 5y³ + 4xyx = t + 2y = −t² + 2t = 1
dz/dt =
10.다변수 미적분어려움
xy−505−4−202AB

표시된 점들은 f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 4y의 임계점이다. 극대를 클릭하세요.

f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 4y
  1. 1A (−3, −2)
  2. 2B (3, −2)
11.수열과 급수보통
kSn​12345678910S = ?

합 S = Σk=1∞ 12/(k(k + 4))을(를) 구하시오.

ak = 12/(k(k + 4))
S =
12.수열과 급수어려움

f(x) = √x의 a = 25 근처 테일러 급수에서 (x − 25)²의 계수 c₂을(를) 구하시오.

f(x) = √xa = 25k = 2
c₂ =
13.라플라스 변환보통
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−8−91

F(s) = (4s + 32)/(s² + 13s + 42)이다. 이것의 역변환은 f(t) = A·e−6t + B·e−7t 꼴이다. 부분분수 전개로 계수 A을(를) 구하시오.

F(s) = (4s + 32)/(s² + 13s + 42)
A =
14.라플라스 변환어려움
ReIm−1−2−3−4−5−61

어떤 시스템이 미분방정식 y″ + 8y′ + 12y = 12u으로 기술되며, 입력은 u(t), 출력은 y(t)이다. 전달함수 G(s) = Y(s)/U(s)를 구하고(초기 조건은 0), t = 0.6 s에서 임펄스 응답 g(t)를 계산하시오. g(0.6)을(를) 구하시오.

y″ + 8y′ + 12y = 12ut = 0.6 s
g(0.6) =
15.합성곱과 LTI 시스템보통
x(t)t21h(t)t23

펄스 x(t) = 1(0 ≤ t < 2 s)이 펄스 h(t) = 3(0 ≤ t < 2 s)와 합성곱됩니다. y(t) = x(t) ∗ h(t) 아래의 면적 Ay을(를) 구하시오.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 2 sh(t) = 3, 0 ≤ t < 2 s
Ay =
16.합성곱과 LTI 시스템어려움
δ(t)y′ + 0.5y = 10xh(t)

시스템이 y′(t) + 0.5·y(t) = 10·x(t)를 따릅니다. t = 0.8 s에서의 임펄스 응답 h(0.8)을(를) 구하시오.

y′ + 0.5y = 10xt = 0.8 s
h(0.8) =

3용액

1.미분방정식

답: T = 68.93 °C

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 법칙의 해

T(t) = 23 + 62·e−0.05t

t 대입

T(6) = 23 + 62·0.7408 = 68.93 °C

답

T = 68.93 °C
2.미분방정식

답: t = 8.047 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) = 25 + (−5)·e−t/5

t 구하기

e−t/5 = (25 − 24)/(25 − 20) = 0.2
t = 5·ln(5) = 8.047 min

답

t = 8.047 min
3.행렬과 행렬식

답: det A = 131

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.

첫째 행의 2×2 소행렬식

M₁₁ = 28, M₁₂ = −8, M₁₃ = 25

여인수 전개

det A = 2·28 − 0·(−8) + 3·25 = 131

답

det A = 131
4.행렬과 행렬식

답: λ = 2

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.

특성방정식

λ² − (−2)λ + (−8) = 0

풀기

λ = (−2 ± √(36))/2 → λ = −4, 2
λ = 2

답

λ = 2
5.벡터: 내적과 외적

답: compb a = −10.05

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.

내적

a·b = 7·(−6) + 7·(−2) + (−5)·5 = −81

b의 길이

|b| = √((−6)² + (−2)² + 5²) = 8.062

스칼라 투영

compb a = a·b/|b| = −81/8.062 = −10.05

답

compb a = −10.05

음수: a는 b와 반대 방향의 성분을 가집니다.

6.벡터: 내적과 외적

답: n̂x = 0.6963

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.

외적

(a × b)x = aybz − azby = (−1)·4 − (−4)·(−4) = −20
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·3 − 2·4 = −20
(a × b)z = axby − aybx = 2·(−4) − (−1)·3 = −5

정규화

a × b의 z성분이 음수이므로 −(a × b)를 사용하세요.

|a × b| = √((−20)² + (−20)² + (−5)²) = 28.72
n̂ = −(−20, −20, −5)/28.72 = (0.6963, 0.6963, 0.1741)
n̂x = 0.6963

답

n̂x = 0.6963
7.적분

답: I = 1.264

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.

원시함수

F(x) = e−0.5x/(−0.5)

위끝과 아래끝 대입하기

I = (e−1 − 1)/(−0.5) = (0.3679 − 1)/(−0.5) = 1.264

답

I = 1.264
8.적분

답: A = 36

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.

영점

9 − x² = 0 → x = ±3

적분하기

A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36

답

A = 36
9.다변수 미적분

답: dz/dt = −248

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.

점과 변화율

x(1) = 3, y(1) = 1
dx/dt = 1, dy/dt = −2t = −2

편도함수

fx = 10xy³ − 6x + 4y = 16
fy = 15x²y² − 15y² + 4x = 132

연쇄 법칙

dz/dt = 16·1 + 132·(−2) = −248

답

dz/dt = −248
10.다변수 미적분

답: B (3, −2)

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).

임계점

fx = 0과 fy = 0을 연립해서 푸세요.

fx = −(3x² − 27) = 0
fy = −(2y + 4) = 0
(3, −2), (−3, −2)

이계 도함수 판정법

(3, −2): fxx = −18, fyy = −2, fxy = 0, D = 36 → 극대
(−3, −2): fxx = 18, fyy = −2, fxy = 0, D = −36 → 안장점

그 점

B (3, −2): 극대

답

B (3, −2)
11.수열과 급수

답: S = 6.25

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

12/(k(k + 4)) = (12/4)·(1/k − 1/(k + 4))

취소

S = (12/4)·(1 + 1/2 + 1/3 + 1/4) = 6.25

답

S = 6.25
12.수열과 급수

답: c₂ = −0.001

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.

도함수 f⁽²⁾

f⁽²⁾(x) = −0.25·x1/2 − 2

계수

c₂ = −0.25·251/2 − 2/2! = −0.001
c₂ = −0.001

답

c₂ = −0.001
13.라플라스 변환

답: A = 8

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 + 13s + 42 = (s + 6)(s + 7)
F(s) = A/(s + 6) + B/(s + 7)

가리기 규칙

(s + 6)를 곱하고 s = −6을 대입하세요. B항은 사라집니다.

A = (4s + 32)/(s + 7) |s = −6 = 8/1 = 8

답

A = 8
(B = −4이므로 f(t) = 8·e−6t − 4·e−7t)
14.라플라스 변환

답: g(0.6) = 0.8216

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).

전달함수

G(s) = Y(s)/U(s) = 12/(s² + 8s + 12)

부분분수 전개

s² + 8s + 12 = (s + 2)(s + 6)
A = 3, B = −3

임펄스 응답

g(t) = 3·e−2t − 3·e−6t
g(0.6) = 0.8216

답

g(0.6) = 0.8216
15.합성곱과 LTI 시스템

답: Ay = 12

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 = 1·2 = 2
∫h dt = 3·2 = 6

출력의 면적

Ay = 2·6 = 12

답

Ay = 12
16.합성곱과 LTI 시스템

답: h(0.8) = 6.703

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.

전달함수

H(s) = Y(s)/X(s) = 10/(s + 0.5)

임펄스 응답

h(t) = 10·e−0.5tu(t)
h(0.8) = 10·e−0.4 = 6.703

답

h(0.8) = 6.703

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