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)11Ta​12 °C

6 °C gaiviojo gėrimo skardinė išimama iš šaldytuvo į 26 °C kambarį. Po 11 min temperatūra yra 12 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Raskite konstantą k min⁻¹.

T0 = 6 °CTa = 26 °CT(11) = 12 °C
k = min⁻¹
2.Diferencialinės lygtysSunkus
tyK = 2y(1,5) = ?

Sistema tenkina y″ + y′ + 25,25y = 50,5, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite y(1,5); kampai radianais.

y″ + y′ + 25,25y = 50,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(1.5) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =1−631B =600−4

Tegu C = AB pateiktoms matricoms. Raskite elementą c21 (eilutė 2, stulpelis 1).

A = [1 −6; 3 1]B = [6 0; 0 −4]
c21 =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =03−810

Raskite pateiktos matricos A didesnę tikrinę reikšmę λ.

A = [0 3; −8 10]
λ =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite kampą θ tarp vektorių a = (−4, −4, 0) ir b = (−1, −3, −6) laipsniais.

a = (−4, −4, 0)b = (−1, −3, −6)
θ = °
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

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

a = (1, 2, 2)b = (4, −4, 2)n̂z > 0
n̂x =
7.IntegralaiVidutinis
xy26

Apskaičiuokite I = ∫26 3/x dx.

f(x) = 3/x[2, 6]
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
xy1−2P

Plokštuma, liečianti z = 2xy³ + 3x³ + 5y³ taške, kuriame (x, y) = (1, −2), gali būti užrašoma kaip z = px + qy + c. Raskite c.

f(x, y) = 2xy³ + 3x³ + 5y³(a, b) = (1, −2)
c =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy2

Naudodami polines koordinates apskaičiuokite I = ∬R √(x² + y²) dA, kur R yra skritulio x² + y² ≤ 4 ketvirtis pirmajame ketvirtyje.

f = √(x² + y²)0 ≤ r ≤ 20 ≤ θ ≤ π/2
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ (2k + 1)/(k + 2)k = 1 … ∞BΣ 5/kk = 1 … ∞CΣ 3ᵏ/k²k = 1 … ∞DΣ 1/(k(k + 1))k = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių konverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ (2k + 1)/(k + 2)B: Σ 5/kC: Σ 3ᵏ/k²D: Σ 1/(k(k + 1))
  1. 1A: Σ (2k + 1)/(k + 2)
  2. 2B: Σ 5/k
  3. 3C: Σ 3ᵏ/k²
  4. 4D: Σ 1/(k(k + 1))
12.Sekos ir eilutėsSunkus
xyfP₂1

Naudokite 2 laipsnio f(x) = cos(−x) Maklorino polinomą f(1) apytiksliai rasti. Pateikite P₂(1).

f(x) = cos(−x)n = 2x = 1
P₂(1) =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−1−2−3−4−5−61

F(s) = (3s + 17)/(s² + 6s + 8). Jos atvirkštinė transformacija yra f(t) = A·e−2t + B·e−4t. Paprastosiomis trupmenomis raskite koeficientą A.

F(s) = (3s + 17)/(s² + 6s + 8)
A =
14.Laplaso transformacijosSunkus
ReIm−0,5−1−1,5−2−2,5−30,51

Sistema aprašoma diferencialine lygtimi y″ + 3y′ + 2y = 2u′ + 6u, kurios įėjimas u(t), o išėjimas y(t). Raskite jos perdavimo funkciją G(s) = Y(s)/U(s) (pradinės sąlygos nulinės) ir apskaičiuokite impulsinę reakciją g(t) ties t = 1,5 s. Raskite g(1,5).

y″ + 3y′ + 2y = 2u′ + 6ut = 1,5 s
g(1.5) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t14h(t)t1

Impulsas x(t) = 4, kai 0 ≤ t < 1 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−2tu(t). Raskite išėjimą y(3), kai t = 3 s, jau pasibaigus impulsui.

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

Įėjimas x(t) = 10·cos(1,5t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = 10·e−2tu(t). Raskite nusistovėjusio išėjimo amplitudę Ym.

h(t) = 10e−2tu(t)x(t) = 10cos(1,5t)
Ym =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: k = 0,03242 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−11k = -14/-20

Išspręskite k atžvilgiu

k = ln(-20/-14)/11 = 0,03242 min⁻¹

Atsakymas

k = 0,03242 min⁻¹
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1.5) = 1,584

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 = −0,5 ± 5j

Konstantos pagal pradines vertes

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −0,5A + 5B = 0 → B = −0,2

Apskaičiuokite

y(1,5) = 2·(1 − e−0,75(cos 7,5 + 0,1·sin 7,5)) = 1,584

Atsakymas

y(1,5) = 1,584
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c21 = 18

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.

Eilutė kart stulpelis

c21 = 3·6 + 1·0 = 18

Atsakymas

c21 = 18
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: λ = 6

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.

Charakteringoji lygtis

λ² − (10)λ + (24) = 0

Išspręskite

λ = (10 ± √(4))/2 → λ = 4, 6
λ = 6

Atsakymas

λ = 6
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: θ = 65,35 °

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 = (−4)·(−1) + (−4)·(−3) + 0·(−6) = 16

Moduliai

|a| = √((−4)² + (−4)² + 0²) = 5,657
|b| = √((−1)² + (−3)² + (−6)²) = 6,782

Kampas

cos θ = 16/(5,657·6,782) = 0,417
θ = arccos(0,417) = 65,35°

Atsakymas

θ = 65,35°
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: n̂x = −0,6667

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 = 2·2 − 2·(−4) = 12
(a × b)y = azbx − axbz = 2·4 − 1·2 = 6
(a × b)z = axby − aybx = 1·(−4) − 2·4 = −12

Normalizuokite

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

|a × b| = √(12² + 6² + (−12)²) = 18
n̂ = −(12, 6, −12)/18 = (−0,6667, −0,3333, 0,6667)
n̂x = −0,6667

Atsakymas

n̂x = −0,6667
7.Integralai

Atsakymas: I = 3,296

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) = 3·ln x

Įstatykite rėžius

I = 3·(ln 6 − ln 2) = 3·ln 3 = 3,296

Atsakymas

I = 3,296
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: c = 122

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.

Reikšmė ir nuolydžiai taške

f(1, −2) = −53
fx = 2y³ + 9x² → fx(1, −2) = −7
fy = 6xy² + 15y² → fy(1, −2) = 84

Liečiamoji plokštuma

z = −53 − 7(x − 1) + 84(y + 2)
z = −7x + 84y + 122

Konstantos narys

c = 122

Atsakymas

c = 122
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 4,189

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).

Polinė forma

I = ∫0π/2 ∫02 r·r dr dθ

Integruokite

∫ r·r dr = [r³/3]
I = 4,189

Atsakymas

I = 4,189
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: D: Σ 1/(k(k + 1))

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 (2k + 1)/(k + 2) → Nariai artėja prie 2, o ne prie 0: diverguoja pagal būtinąją sąlygą.
B: Σ 5/k → Harmoninės eilutės (p = 1) kartotinė: diverguoja.
C: Σ 3ᵏ/k² → D’Alambero kriterijus: L = 3 > 1, diverguoja.
D: Σ 1/(k(k + 1)) → Mažesnė už 1/k²: konverguoja pagal palyginimo kriterijų.

Atsakymas

D: Σ 1/(k(k + 1))

Atsakymas

D: Σ 1/(k(k + 1))
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: P₂(1) = 0,5

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.

Maklorino polinomas

P₂(x) = 1 − 0,5x²

Įstatykite

P₂(1) = 1 − 0,5 = 0,5

Atsakymas

P₂(1) = 0,5

Tiksli reikšmė yra f(1) = 0,540302; paklaida 0,0403023 mažėja, kai imama daugiau narių arba taškas arčiau 0.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: A = 5,5

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 + 8 = (s + 2)(s + 4)
F(s) = A/(s + 2) + B/(s + 4)

Uždengimo taisyklė

Padauginkite iš (s + 2) ir įrašykite s = −2: B narys išnyksta.

A = (3s + 17)/(s + 4) |s = −2 = 11/2 = 5,5

Atsakymas

A = 5,5
(B = −2,5, taigi f(t) = 5,5·e−2t − 2,5·e−4t)
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: g(1.5) = 0,7929

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).

Perdavimo funkcija

G(s) = Y(s)/U(s) = (2s + 6)/(s² + 3s + 2)

Paprastosios trupmenos

s² + 3s + 2 = (s + 1)(s + 2)
A = 4, B = −2

Impulsinė reakcija

g(t) = 4·e−t − 2·e−2t
g(1,5) = 0,7929

Atsakymas

g(1,5) = 0,7929
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(3) = 0,03167

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).

Išėjimas impulso pabaigoje

y(1) = (4/2)(1 − e−2) = 1,729

Mažėjimas po impulso

y(3) = 1,729·e−2·2 = 0,03167

Atsakymas

y(3) = 0,03167
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: Ym = 40

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/(2 + jω)

Stiprinimas įėjimo dažniu

|H(j1,5)| = 10/√(2² + 1,5²) = 4
Ym = 10·4 = 40

Atsakymas

Ym = 40

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