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)21Ta​30 °C

81 °C kavos puodelis paliekamas 23 °C kambaryje. Po 21 min temperatūra yra 30 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Raskite konstantą k min⁻¹.

T0 = 81 °CTa = 23 °CT(21) = 30 °C
k = min⁻¹
2.Diferencialinės lygtysSunkus
ty2y(2) = ?

Išspręskite y′ + 2y = 7e−0,5t su y(0) = 5. Raskite y(2).

y′ + 2y = 7e−0,5ty(0) = 5
y(2) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−4143−4204−1

Raskite pateiktos 3×3 matricos A determinantą det A.

A = [−4 1 4; 3 −4 2; 0 4 −1]
det A =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =3−64−1b =52

Išspręskite sistemą 3x − 6y = 5 ir 4x − y = 2. Raskite x.

3x − 6y = 54x − y = 2
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite kampą θ tarp vektorių a = (−3, 4, −3) ir b = (−3, −4, 0) laipsniais.

a = (−3, 4, −3)b = (−3, −4, 0)
θ = °
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

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

a = (−3, −4, −1)b = (−5, −5, 4)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegralaiVidutinis
xy03

Apskaičiuokite I = ∫03 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 3]
I =
8.IntegralaiSunkus
xy1y = 2xy = 2x²

Sritis tarp tiesės y = 2x ir parabolės y = 2x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.

y = 2xy = 2x²
V =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis

z = 2y·e3xy, kai x = 2t ir y = t² − 1. Sudėtinės funkcijos taisykle raskite dz/dt, kai t = 0.

z = 2y·e3xyx = 2ty = t² − 1t = 0
dz/dt =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xyx = 1y = x1

Integralo I = ∫01 ∫y1 cos(x²) dx dy šia tvarka apskaičiuoti negalima. Pakeiskite integravimo tvarką ir apskaičiuokite jį.

f = cos(x²)0 ≤ y ≤ x ≤ 1
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ k!/3ᵏk = 1 … ∞BΣ k/(k + 8)k = 1 … ∞CΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞DΣ 1/√kk = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių konverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ k!/3ᵏB: Σ k/(k + 8)C: Σ (−1)ᵏ/kD: Σ 1/√k
  1. 1A: Σ k!/3ᵏ
  2. 2B: Σ k/(k + 8)
  3. 3C: Σ (−1)ᵏ/k
  4. 4D: Σ 1/√k
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = sin x aproksimuojama 3 laipsnio Maklorino polinomu taške x = −0,5. Naudodami Lagranžo paklaidos įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 1, raskite didžiausią galimą paklaidą |R₃|.

f(x) = sin xn = 3x = −0,5M = 1
|R₃| =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−1−2−3−4−512

Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = (5s + 22)/(s² + 8s + 20), ir apskaičiuokite f(0,25).

F(s) = (5s + 22)/(s² + 8s + 20)t = 0,25 s
f(0.25) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,6y(0,6) = ?

Sistema tenkina y″ + 5y′ + 4y = 12·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(0,6).

y″ + 5y′ + 4y = 12·u(t)u(t) = 2y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,6 s
y(0.6) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t24h(t)t23

Signalas x(t) nelygus nuliui tik tarp t = 2 s ir t = 4 s, o h(t) – tik tarp t = 2 s ir t = 3 s. Raskite laiką tstart, kada y(t) = x(t) ∗ h(t) prasideda.

x: 2 … 4 sh: 2 … 3 s
tstart = s
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
x(t)t (ms)820405

Impulsų seka turi aukštį 5, impulso plotį 8 ms ir periodą 20 ms. Raskite 2-osios harmonikos, kurios dažnis 100 Hz, amplitudę c2.

A = 5τ = 8 msT = 20 ms
c2 =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: k = 0,1007 min⁻¹

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.

Temperatūrų skirtumų santykis

e−21k = 7/58

Išspręskite k atžvilgiu

k = ln(58/7)/21 = 0,1007 min⁻¹

Atsakymas

k = 0,1007 min⁻¹
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = 1,723

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.

Integruojantysis daugiklis

μ = e2t
(e2ty)′ = 7e1,5t

Bendrasis sprendinys

y = 7/1,5·e−0,5t + C·e−2t = 4,667·e−0,5t + C·e−2t

Pradinė sąlyga

5 = 4,667 + C → C = 0,3333

Apskaičiuokite

y(2) = 4,667·0,3679 + 0,3333·0,01832 = 1,723

Atsakymas

y(2) = 1,723
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: det A = 67

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 = −4, M₁₂ = −3, M₁₃ = 12

Skleidinys pagal eilutę

det A = (−4)·(−4) − 1·(−3) + 4·12 = 67

Atsakymas

det A = 67
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = 0,3333

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 = 3·(−1) − (−6)·4 = 21

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = 5·(−1) − (−6)·2 = 7
x = 7/21 = 0,3333

Atsakymas

x = 0,3333
y = −0,6667
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: θ = 103,9 °

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 = (−3)·(−3) + 4·(−4) + (−3)·0 = −7

Moduliai

|a| = √((−3)² + 4² + (−3)²) = 5,831
|b| = √((−3)² + (−4)² + 0²) = 5

Kampas

cos θ = −7/(5,831·5) = −0,2401
θ = arccos(−0,2401) = 103,9°

Atsakymas

θ = 103,9°
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: n̂y = −0,6187

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 = (−4)·4 − (−1)·(−5) = −21
(a × b)y = azbx − axbz = (−1)·(−5) − (−3)·4 = 17
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·(−5) − (−4)·(−5) = −5

Normalizuokite

a × b z komponentė neigiama, todėl naudokite −(a × b).

|a × b| = √((−21)² + 17² + (−5)²) = 27,48
n̂ = −(−21, 17, −5)/27,48 = (0,7643, −0,6187, 0,182)
n̂y = −0,6187

Atsakymas

n̂y = −0,6187
7.Integralai

Atsakymas: I = 201,2

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.

Pirmykštė funkcija

F(x) = e2x/2

Įstatykite rėžius

I = (e6 − 1)/2 = (403,4 − 1)/2 = 201,2

Atsakymas

I = 201,2
8.Integralai

Atsakymas: V = 1,676

Sukimosi kūnų tūriai: sritį po kreive y = f(x) nuo x = a iki x = b sukant apie x ašį, gaunamas kūnas, kurio pjūvis ties x yra skritulys, kurio spindulys f(x). Sudėjus skritulius, gaunama V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Kai sritis yra tarp išorinės kreivės R(x) ir vidinės kreivės r(x), kiekvienas sluoksnis yra žiedas: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Spindulius pakelkite kvadratu prieš atimdami.

Susikirtimo taškai

2x = 2x² → x = 0, x = 1

Žiedų metodas

V = π∫₀1 ((2x)² − (2x²)²) dx

Integruokite

V = π(4·1³/3 − 4·1⁵/5) = π·0,5333 = 1,676

Atsakymas

V = 1,676
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: dz/dt = 12

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.

Taškas ir greičiai

x(0) = 0, y(0) = −1
dx/dt = 2, dy/dt = 2t = 0

Dalinės išvestinės

fx = 6y²e3xy = 6
fy = 2e3xy(1 + 3xy) = 2

Grandinės taisyklė

dz/dt = 6·2 + 2·0 = 12

Atsakymas

dz/dt = 12
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 0,4207

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).

Sritis

0 ≤ y ≤ x, 0 ≤ x ≤ 1

Pakeista tvarka

I = ∫01 ∫0x cos(x²) dy dx = ∫01 x·cos(x²) dx

Keitinys u = x²

I = [sin(x²)/2]01 = 0,4207

Atsakymas

I = 0,4207
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: C: Σ (−1)ᵏ/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 k!/3ᵏ → D’Alambero kriterijus: L = lim (k + 1)/3 = ∞, diverguoja.
B: Σ k/(k + 8) → Nariai artėja prie 1, o ne prie 0: diverguoja pagal būtinąją sąlygą.
C: Σ (−1)ᵏ/k → Alternuojanti, 1/k mažėja iki 0: konverguoja (sąlygiškai).
D: Σ 1/√k → p eilutė, kai p = 1/2 ≤ 1: diverguoja.

Atsakymas

C: Σ (−1)ᵏ/k

Atsakymas

C: Σ (−1)ᵏ/k
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: |R₃| = 0,002604

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.

Išvestinės įvertis

M = 1

Lagranžo įvertis

|R₃| ≤ 1·0,5⁴/4! = 0,002604

Atsakymas

|R₃| = 0,002604

Tikroji paklaida mažesnė: |f(−0,5) − P₃(−0,5)| = 0,0002589.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.25) = 1,791

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).

Išskirkite pilnąjį kvadratą

s² + 8s + 20 = (s + 4)² + 4 = (s + 4)² + 2²

Suderinkite skaitiklį

F(s) = 5·(s + 4)/((s + 4)² + 2²) + (2/2)·2/((s + 4)² + 2²)

Atvirkštinė transformacija

f(t) = e−4t·(5·cos 2t + sin 2t)
f(0,25) = e−4·0,25·(5·cos(2·0,25) + sin(2·0,25)) = 1,791

Atsakymas

f(0,25) = 1,791
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.6) = 1,791

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) = 24/(s(s + 1)(s + 4))

Paprastosios trupmenos

A = 24/(1·4) = 6
B = 24/((−1)·3) = −8
C = 24/((−4)·(−3)) = 2

Išskirta

y(t) = 6 − 8·e−t + 2·e−4t
y(0,6) = 1,791

Atsakymas

y(0,6) = 1,791
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: tstart = 4 s

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).

Pradžia ir pabaiga

tstart = 2 + 2 = 4 s
tend = 4 + 3 = 7 s

Atsakymas

tstart = 4 s

Atsakymas

tstart = 4 s
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: c2 = 0,9355

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)|.

Pildymo koeficientas

D = 8/20 = 0,4

Harmonikos amplitudė

c2 = (2·5/(2π))·|sin(2π·0,4)| = 0,9355

Atsakymas

c2 = 0,9355

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