Inžinerinė matematika 2: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 16 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniaiAtgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Diferencialinės lygtys

Eksponentinis augimas / mažėjimas
dy/dt = ky → y = y0ekt
Pusėjimo trukmė
k = ln 2 / t½
Niutono aušimo dėsnis
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Integruojantysis daugiklis
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Maišymo talpa
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Matricos ir determinantai

2×2 determinantas
det = ad − bc
2×2 atvirkštinė matrica
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Produktas
(AB)ij = Σk AikBkj
Tikrinės reikšmės
det(A − λI) = 0
Kramerio taisyklė
xi = det(Ai)/det(A)

Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Modulis
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vienetinis vektorius
û = a/|a|
Komponentės pagal kampą
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Skaliarinė sandauga
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
a skaliarinė projekcija į b
a·b/|b|
Darbas
W = F·d
Vektorinė sandauga
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Plotai
lygiagretainis |a × b|, trikampis ½|a × b|
Momentas taško O atžvilgiu
MO = r × F, r = A − O
Gretasienio tūris
V = |a·(b × c)|

Metodas

  1. Kiekvieną vektorių užrašykite komponentėmis; jėgai, pateiktai moduliu ir kampu, naudokite F·cos θ ir F·sin θ.
  2. Ilgiams ir kryptims naudokite modulį √(x² + y² + z²) ir vienetinį vektorių a/|a|.
  3. Skaliarinę sandaugą naudokite kampams, projekcijoms, statmenumui ir darbui: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Vektorinę sandaugą naudokite statmeniems vektoriams, plotams ir momentams: atidžiai užrašykite tris komponentes, išlaikydami tvarką a × b.

Integralai

Laipsnio išvestinė
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Apibrėžtinis integralas
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Pagrindiniai integralai
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Plotas tarp kreivių
∫ab (f − g) dx

Metodas

  1. Kai įmanoma, pointegralinę funkciją perrašykite kaip paprastų narių sumą.
  2. Taikykite laipsninės funkcijos taisyklę: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), o ex, 1/x, sin ir cos – lentelinius integralus.
  3. Keitinį naudokite, kai matote funkciją kartu su jos išvestine.
  4. Apibrėžtiniam integralui apskaičiuokite F(b) − F(a).

Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Dalinės išvestinės
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradientas
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Išvestinė pagal kryptį
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Liečiamoji plokštuma
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Grandinės taisyklė
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Antros eilės išvestinių testas
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Dvilypis integralas
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Polinės koordinatės
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Metodas

  1. Dalinei išvestinei kitą kintamąjį laikykite konstanta ir naudokite vieno kintamojo taisykles.
  2. Gradiento uždaviniuose taške apskaičiuokite ∇f = (fx, fy); stačiausiam nuolydžiui naudokite |∇f|, o išvestinei pagal kryptį – ∇f·u su vienetiniu vektoriumi u.
  3. Ekstremumams kartu išspręskite fx = 0 ir fy = 0, tada kiekvieną tašką klasifikuokite pagal D = fxx·fyy − fxy².
  4. Dvilypiam integralui nubraižykite sritį, pasirinkite tvarką (arba polines koordinates skrituliams), kad vidinės ribos būtų ribojančios kreivės, ir integruokite pirmiausia vidų.

Sekos ir eilutės

Aritmetinė seka
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Geometrinė seka
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Begalinė geometrinė eilutė
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p eilutė
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
D’Alambero kriterijus
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Konvergavimo spindulys
R = lim |ck/ck+1|
Teiloro polinomas
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Maklorino eilutė
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Lagranžo paklaidos įvertis
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Metodas

  1. Nustatykite tipą: aritmetinė (pastovus skirtumas), geometrinė (pastovus daugiklis), standartinė eilutė, laipsninė eilutė arba Teiloro polinomas.
  2. Sumoms naudokite Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r) arba S = a₁/(1 − r), kai |r| < 1, kur a₁ yra pirmasis sumos narys.
  3. Konvergavimui: pirmiausia būtinoji sąlyga, tada palyginkite su Σ1/kᵖ ar geometrine eilute, o faktorialams ir k-tiesiems laipsniams naudokite d’Alambero ar Koši kriterijų.
  4. Teiloro polinomams išvardykite f(a), f′(a), f″(a), …, k-ąją išvestinę padalykite iš k! ir paklaidą įvertinkite M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Sąsūka ir LTI sistemos

Diskrečioji sąsūka
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Tolydžioji sąsūka
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Ilgis ir suma
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Pradžia, pabaiga ir plotas
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Šuolis į e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Pirmosios eilės sistema
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Pirmosios eilės rekursija
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Sinusoidė per h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Furjė eilutės amplitudės
stačiakampė ±A: 4A/(kπ), nelyginis k; trikampė ±A: 8A/(π²k²), nelyginis k; impulsų seka: A·D ir (2A/(kπ))|sin kπD|

Metodas

  1. Nubraižykite abu signalus ir pažymėkite, kur kiekvienas nelygus nuliui.
  2. Apverskite h ir stumkite: kiekvienam išėjimo laikui raskite sritį, kurioje abu signalai persidengia.
  3. Dauginkite ir sudėkite (diskrečiuoju atveju) arba dauginkite ir integruokite (tolydžiuoju atveju) tik toje persidengimo srityje.
  4. Patikrinkite rezultatą: išėjimas prasideda pradžios laikų suma, baigiasi pabaigos laikų suma, o jo plotas ar suma lygi įėjimų plotų ar sumų sandaugai.

2Uždaviniai

1.Diferencialinės lygtysVidutinis
t (min)T (°C)14Ta​47 °C32 °C

85 °C kavos puodelis paliekamas 24 °C kambaryje. Po 14 min temperatūra yra 47 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kiek laiko nuo pradžios, t, reikia, kad temperatūra pasiektų 32 °C?

T0 = 85 °CTa = 24 °CT(14) = 47 °CT = 32 °C
t = min
2.Diferencialinės lygtysSunkus
tyK = 2y(0,75) = ?

Sistema tenkina y″ + 2y′ + 10y = 20, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite y(0,75); kampai radianais.

y″ + 2y′ + 10y = 20y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.75) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−2−321−2−25−32

Raskite pateiktos 3×3 matricos A determinantą det A.

A = [−2 −3 2; 1 −2 −2; 5 −3 2]
det A =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =−6116b =28

Išspręskite sistemą −6x + y = 2 ir x + 6y = 8. Raskite x.

−6x + y = 2x + 6y = 8
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite kampą θ tarp vektorių a = (−1, 6, 4) ir b = (5, 3, −4) laipsniais.

a = (−1, 6, 4)b = (5, 3, −4)
θ = °
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

Vienetinis vektorius n̂ statmenas abiem vektoriams a = (3, −2, −4) ir b = (5, 4, −1) ir turi teigiamą z komponentę. Raskite jo y komponentę n̂y.

a = (3, −2, −4)b = (5, 4, −1)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegralaiVidutinis
xy14y = x ln x

Apskaičiuokite I = ∫₁4 x·ln x dx.

∫₁4 x ln x dx
I =
8.IntegralaiSunkus
xyy = 2x2​y = 2x

Raskite srities, apribotos y = 2x2 ir y = 2x, plotą A.

y = 2x2y = 2x
A =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy12∇fP

Kai f(x, y) = 2 sin(−2x + y), raskite didžiausią f kitimo greitį taške (1, 2), t. y. |∇f|.

f(x, y) = 2 sin(−2x + y)P = (1, 2)
|∇f| =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−202−202(0, 0)(1, 1)(−1, −1)

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy turi kritinį tašką (0, 0). Apskaičiuokite jame diskriminantą D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xyP = (0, 0)
D =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ 3/k⁴k = 1 … ∞BΣ 1/(k² + 1)k = 1 … ∞CΣ (3/2)ᵏk = 1 … ∞DΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių diverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ 3/k⁴B: Σ 1/(k² + 1)C: Σ (3/2)ᵏD: Σ (−1)ᵏ/k
  1. 1A: Σ 3/k⁴
  2. 2B: Σ 1/(k² + 1)
  3. 3C: Σ (3/2)ᵏ
  4. 4D: Σ (−1)ᵏ/k
12.Sekos ir eilutėsSunkus

Raskite koeficientą c₄ prie (x − 3)⁴ funkcijos f(x) = ln x Teiloro eilutėje taško a = 3 aplinkoje.

f(x) = ln xa = 3k = 4
c₄ =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,5f(0,5) = ?

Raskite f(t), kai F(s) = (3s + 23)/(s² + 6s + 9), ir apskaičiuokite f(0,5).

F(s) = (3s + 23)/(s² + 6s + 9)t = 0,5 s
f(0.5) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,5y(0,5) = ?

Sistema tenkina y″ + 3y′ + 2y = 2·u(t). Ji pradeda iš rimties (y(0) = 0, y′(0) = 0), o įėjimas yra šuolis u(t) = 2, kai t ≥ 0. Laplaso transformacija raskite išėjimą y(0,5).

y″ + 3y′ + 2y = 2·u(t)u(t) = 2y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,5 s
y(0.5) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t21h(t)t45

Impulsas x(t) = 1, kai 0 ≤ t < 2 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios impulsinė charakteristika h(t) = 5, kai 0 ≤ t < 4 s (kitur nulis). Raskite išėjimą y(3), kai t = 3 s.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 2 sh(t) = 5, 0 ≤ t < 4 st = 3 s
y(3) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
5cos(30t)h(t) = 10e−10t​u(t)y(t)

Įėjimas x(t) = 5·cos(30t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = 10·e−10tu(t). Raskite nusistovėjusio išėjimo fazę φ įėjimo atžvilgiu laipsniais.

h(t) = 10e−10tu(t)x(t) = 5cos(30t)
φ = °

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: t = 29,16 min

Pirmos eilės diferencialinės lygtys: lygties dy/dt = k·y sprendinys yra y = y₀·ekt (augimas, kai k > 0, mažėjimas, kai k < 0); pusėjimo trukmė T duoda k = ln 2/T. Niutono aušimo dėsnis dT/dt = −k·(T − Tₐ) duoda T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Tiesinė lygtis y′ + p(x)·y = q(x) sprendžiama su integruojančiuoju daugikliu μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, todėl μy = ∫μq dx + C.

Aušimo konstanta

k = ln(61/23)/14 = 0,06967 min⁻¹

Laikas iki tikslinės temperatūros

t = ln(61/8)/0,06967 = 29,16 min

Atsakymas

t = 29,16 min
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.75) = 2,348

Antros eilės tiesinės lygtys: lygčiai y″ + b·y′ + c·y = 0 bandykite y = ert: gaunama charakteristinė lygtis r² + b·r + c = 0. Dvi skirtingos realiosios šaknys r₁ ≠ r₂ duoda y = A·er₁t + B·er₂t (viršslopinamas atvejis); dviguba šaknis r duoda y = (A + Bt)·ert (kritinis slopinimas); kompleksinės šaknys −α ± jω duoda y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (nepakankamas slopinimas, virpesiai). Pradinės vertės y(0) ir y′(0) nustato A ir B. Užrašius y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn yra savasis dažnis, o ζ – slopinimo santykis: kai ζ < 1, atsiranda virpesių. Esant pastoviam įėjimui, y″ + by′ + cy = c·K, sprendinys yra nusistovėjusi vertė K plius laisvoji dedamoji.

Nusistovėjusi vertė ir šaknys

yss = 2, r = −1 ± 3j

Konstantos pagal pradines vertes

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −1A + 3B = 0 → B = −0,6667

Apskaičiuokite

y(0,75) = 2·(1 − e−0,75(cos 2,25 + 0,3333·sin 2,25)) = 2,348

Atsakymas

y(0,75) = 2,348
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: det A = 70

Matricos: 2×2 matricos determinantas yra ad − bc. 3×3 atveju skleiskite pagal eilutę: kiekvienas elementas dauginamas iš 2×2 matricos, likusios išbraukus jo eilutę ir stulpelį, determinanto, su besikeičiančiais ženklais + − +. Tikrinės reikšmės λ tenkina det(A − λI) = 0; 2×2 atveju tai λ² − (pėdsakas)·λ + det = 0.

Pirmosios eilutės 2×2 minorai

M₁₁ = −10, M₁₂ = 12, M₁₃ = 7

Skleidinys pagal eilutę

det A = (−2)·(−10) − (−3)·12 + 2·7 = 70

Atsakymas

det A = 70
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = −0,1081

Matricos: 2×2 matricos determinantas yra ad − bc. 3×3 atveju skleiskite pagal eilutę: kiekvienas elementas dauginamas iš 2×2 matricos, likusios išbraukus jo eilutę ir stulpelį, determinanto, su besikeičiančiais ženklais + − +. Tikrinės reikšmės λ tenkina det(A − λI) = 0; 2×2 atveju tai λ² − (pėdsakas)·λ + det = 0.

Koeficientų matricos determinantas

det A = (−6)·6 − 1·1 = −37

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = 2·6 − 1·8 = 4
x = 4/(−37) = −0,1081

Atsakymas

x = −0,1081
y = 1,351
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: θ = 93,34 °

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.

Skaliarinė sandauga

a·b = (−1)·5 + 6·3 + 4·(−4) = −3

Moduliai

|a| = √((−1)² + 6² + 4²) = 7,28
|b| = √(5² + 3² + (−4)²) = 7,071

Kampas

cos θ = −3/(7,28·7,071) = −0,05828
θ = arccos(−0,05828) = 93,34°

Atsakymas

θ = 93,34°
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: n̂y = −0,5133

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.

Vektorinė sandauga

(a × b)x = aybz − azby = (−2)·(−1) − (−4)·4 = 18
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·5 − 3·(−1) = −17
(a × b)z = axby − aybx = 3·4 − (−2)·5 = 22

Normalizuokite

a × b z komponentė jau teigiama.

|a × b| = √(18² + (−17)² + 22²) = 33,12
n̂ = (18, −17, 22)/33,12 = (0,5435, −0,5133, 0,6642)
n̂y = −0,5133

Atsakymas

n̂y = −0,5133
7.Integralai

Atsakymas: I = 7,34

Integravimas dalimis: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, išplaukia iš sandaugos diferencijavimo taisyklės. Kaip u rinkitės dauginamąjį, kuris diferencijuojant tampa paprastesnis (x laipsnį ar ln x), o kaip dv – dauginamąjį, kurį galite suintegruoti (eˣ, sin x, cos x arba x, kai u = ln x). Apibrėžtiniam integralui u·v apskaičiuokite abiejose ribose: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Dauginamajam x² reikia dviejų ciklų.

Pasirinkite u ir dv

u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2

Pirmykštė funkcija

∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4

Ribos

(8·ln 4 − 4) − (0 − 0,25) = 7,34

Atsakymas

I = 7,34
8.Integralai

Atsakymas: A = 0,3333

Apibrėžtiniai integralai: ∫ₐᵇ f(x) dx – tai ženklą turintis plotas tarp grafiko ir x ašies nuo a iki b. Raskite pirmykštę funkciją F (F′ = f) ir apskaičiuokite F(b) − F(a). Laipsnio taisyklė: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Plotas tarp dviejų kreivių yra ∫(viršutinė − apatinė) dx.

Susikirtimo taškai

2x2 = 2x → x = 0, x = 1

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333

Atsakymas

A = 0,3333
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: |∇f| = 4,472

Gradientas: ∇f = (fx, fy) nukreiptas stačiausio kilimo kryptimi, o |∇f| yra didžiausias kitimo greitis. Išvestinė kryptimi v yra Duf = ∇f·u su vienetiniu vektoriumi u = v/|v|. Liečiamoji plokštuma taške (a, b) yra z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); ji duoda tiesinę f aproksimaciją šalia to taško. Sudėtinės funkcijos taisyklė: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Dalinės išvestinės

fx = −4 cos(−2x + y) → fx(1, 2) = −4
fy = 2 cos(−2x + y) → fy(1, 2) = 2

Gradiento ilgis

|∇f| = √((−4)² + 2²) = 4,472

Atsakymas

|∇f| = 4,472
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: D = −16

Kritiniai taškai ir dvilypiai integralai: kritiniame taške fx = fy = 0. Antros eilės išvestinių testas su D = fxxfyy − fxy²: D > 0 ir fxx > 0 yra lokalusis minimumas, D > 0 ir fxx < 0 – lokalusis maksimumas, D < 0 – balno taškas, o D = 0 nieko nenusprendžia. Dvilypiam integralui bendrojoje srityje vidinėmis ribomis imkite sritį ribojančias kreives; skritulių ir išpjovų atveju naudokite polines koordinates, x = r cos θ, y = r sin θ ir dA = r dr dθ (nepamirškite daugiklio r).

Antros eilės išvestinės

fxx = 0, fyy = 0, fxy = −4

Diskriminantas

D = 0·0 − (−4)² = −16
→ balno taškas

Atsakymas

D = −16
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: C: Σ (3/2)ᵏ

Konvergavimas: jei nariai nesiekia 0, eilutė diverguoja (būtinoji sąlyga). Σ1/kᵖ konverguoja tik kai p > 1, o Σrᵏ – tik kai |r| < 1. Eilutę palyginkite su viena iš šių, kai jos nariai dideliems k elgiasi panašiai. D’Alambero kriterijus: L = lim |ak+1/ak|; Koši šaknies kriterijus: L = lim |ak|1/k. L < 1 konverguoja, L > 1 diverguoja, L = 1 nieko nenusprendžia. Laipsninė eilutė Σck(x − x₀)ᵏ konverguoja, kai |x − x₀| < R, kur R = lim |ck/ck+1|; alternuojančioji eilutė, kurios nariai mažėja iki 0, konverguoja.

Patikrinkite kiekvieną eilutę

A: Σ 3/k⁴ → p eilutė, kai p = 4 > 1: konverguoja.
B: Σ 1/(k² + 1) → Mažesnė už 1/k², konverguojančią p eilutę: konverguoja pagal palyginimo kriterijų.
C: Σ (3/2)ᵏ → Geometrinė, kai r = 3/2 > 1: nariai auga, todėl diverguoja.
D: Σ (−1)ᵏ/k → Alternuojanti, 1/k mažėja iki 0: konverguoja (sąlygiškai).

Atsakymas

C: Σ (3/2)ᵏ

Atsakymas

C: Σ (3/2)ᵏ
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: c₄ = −0,003086

Teiloro polinomai: prie x = a glodi funkcija aproksimuojama Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; kai a = 0, tai Maklorino polinomas. Standartinės eilutės: 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. Lagranžo paklaidos įvertis: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, kur M yra didžiausia |f⁽ⁿ⁺¹⁾| reikšmė tarp a ir x.

Išvestinė f⁽⁴⁾

f⁽⁴⁾(x) = −6/x⁴

Koeficientas

c₄ = f⁽⁴⁾(3)/4! = −6/(3⁴·24) = −0,003086
c₄ = −0,003086

Atsakymas

c₄ = −0,003086
13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.5) = 2,231

Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 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), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Išskaidykite vardiklį dauginamaisiais

s² + 6s + 9 = (s + 3)²

Paprastosios trupmenos

3s + 23 = 3(s + 3) + 14
F(s) = 3/(s + 3) + 14/(s + 3)²

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 3·e−3t + 14·t·e−3t
f(0,5) = (3 + 14·0,5)·e−3·0,5 = 2,231

Atsakymas

f(0,5) = 2,231
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.5) = 0,3096

Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 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), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Transformuokite lygtį

Y(s) = 4/(s(s + 1)(s + 2))

Paprastosios trupmenos

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

Išskirta

y(t) = 2 − 4·e−t + 2·e−2t
y(0,5) = 0,3096

Atsakymas

y(0,5) = 0,3096
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(3) = 10

Tolydžioji sąsūka: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Apverskite h, pastumkite į padėtį t ir suintegruokite persidengiančių dalių sandaugą. Priežastiniams signalams integralas skaičiuojamas nuo 0 iki t. Naudingi rezultatai: y plotas lygus x ploto ir h ploto sandaugai; jei x trunka nuo t₁ iki t₂, o h nuo t₃ iki t₄, tai y trunka nuo t₁ + t₃ iki t₂ + t₄. Kai h(t) = e−atu(t), o šuolio aukštis A, y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Apversto impulso persidengimas

h(t − τ) yra h impulsas, apverstas ir pastumtas taip, kad baigtųsi ties τ = t.

τ ∈ [0, 2] → ilgis 2 s

Integralas

y(3) = 1·5·2 = 10

Atsakymas

y(3) = 10

y(t) yra trapecija: ji kyla nuo 0, išlieka ties 10 ir krinta iki 0, kai t = 6 s.

16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: φ = −71,57 °

Impulsinė charakteristika ir Furjė eilutė: impulsinė charakteristika h(t) visiškai aprašo LTI sistemą: lygčiai y′ + a·y = b·x ji yra h(t) = b·e−atu(t), o lygčiai y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] ji yra h[n] = b·aⁿu[n]. Sinusoidė cos ωt praeina su stiprinimu |H(jω)| ir faze ∠H(jω), kur H yra h Furjė transformacija. Periodinis signalas yra harmonikų, kurių dažnis k/T, suma: ±A stačiakampė banga turi tik nelygines harmonikas, kurių amplitudės 4A/(kπ), A pikinės vertės trikampė banga turi 8A/(π²k²), o A aukščio ir pildymo koeficiento D impulsų seka turi vidurkį A·D ir harmonikas (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.

Dažninė charakteristika

H(jω) = 10/(10 + jω)

Fazė įėjimo dažniu

φ = −atan(30/10) = −71,57°

Atsakymas

φ = −71,57°

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