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
tyy(0) = 1y(1) = ?

Išspręskite y″ + 6y′ + 8y = 0, kai y(0) = 1 ir y′(0) = 4. Raskite y(1).

y″ + 6y′ + 8y = 0y(0) = 1y′(0) = 4
y(1) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
xy13(1, 4)y(3) = ?

Išspręskite Koši uždavinį y′ + 2y/x = 3, kai x > 0, su y(1) = 4. Raskite y(3).

y′ + 2y/x = 3y(1) = 4
y(3) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =055−6B =−4634

Tegu C = AB pateiktoms matricoms. Raskite elementą c22 (eilutė 2, stulpelis 2).

A = [0 5; 5 −6]B = [−4 6; 3 4]
c22 =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =0−42−6

Raskite pateiktos matricos A didesnę tikrinę reikšmę λ.

A = [0 −4; 2 −6]
λ =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite vektoriaus a = (2, 3, 0) skaliarinę projekciją compb a į b = (−2, −1, 5), t. y. a komponentę b kryptimi.

a = (2, 3, 0)b = (−2, −1, 5)
compb a =
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzABC

Raskite trikampio, kurio viršūnės A(3, −3, −2), B(−3, −2, 1) ir C(−2, −1, −3), plotą A. Koordinatės pateiktos metrais.

A(3, −3, −2)B(−3, −2, 1)C(−2, −1, −3)
A = m²
7.IntegralaiVidutinis
xy16y = x ln x

Apskaičiuokite I = ∫₁6 x·ln x dx.

∫₁6 x ln x dx
I =
8.IntegralaiSunkus
xyy = x2​y = 2x

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

y = x2y = 2x
A =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy−4−2002vP

Kai f(x, y) = −2x³e2y, raskite išvestinę kryptimi Duf taške (−1, 0) vektoriaus v = (−3, 3) kryptimi.

f(x, y) = −2x³e2yP = (−1, 0)v = (−3, 3)
Duf =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xyx = 2y = 0,5x21

Apskaičiuokite I = ∬T (x + y) dA trikampyje T, ribojamame y = 0, x = 2 ir y = 0,5x.

f = x + y0 ≤ x ≤ 20 ≤ y ≤ 0,5x
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
kSn​12345678910S = ?

Raskite sumą S = Σk=1∞ 2/(k(k + 2)).

ak = 2/(k(k + 2))
S =
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = ln(1 + x) aproksimuojama 5 laipsnio Maklorino polinomu taške x = 0,3. Naudodami Lagranžo paklaidos įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 5! = 120, raskite didžiausią galimą paklaidą |R₅|.

f(x) = ln(1 + x)n = 5x = 0,3M = 120
|R₅| =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−8−91

F(s) = (5s + 24)/(s² + 10s + 16). Jos atvirkštinė transformacija yra f(t) = A·e−2t + B·e−8t. Paprastosiomis trupmenomis raskite koeficientą A.

F(s) = (5s + 24)/(s² + 10s + 16)
A =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Sistema tenkina y″ + 11y′ + 30y = 30·u(t). Ji pradeda iš rimties (y(0) = 0, y′(0) = 0), o įėjimas yra šuolis u(t) = 5, kai t ≥ 0. Laplaso transformacija raskite išėjimą y(0,1).

y″ + 11y′ + 30y = 30·u(t)u(t) = 5y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,1 s
y(0.1) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t15h(t)t1

Impulsas x(t) = 5, kai 0 ≤ t < 1 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−5tu(t). Raskite išėjimą y(3), kai t = 3 s, jau pasibaigus impulsui.

x(t) = 5, 0 ≤ t < 1 sh(t) = e−5tu(t)t = 3 s
y(3) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
5cos(15t)h(t) = 10e−5t​u(t)y(t)

Įėjimas x(t) = 5·cos(15t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = 10·e−5tu(t). Raskite nusistovėjusio išėjimo fazę φ įėjimo atžvilgiu laipsniais.

h(t) = 10e−5tu(t)x(t) = 5cos(15t)
φ = °

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1) = 0,4864

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.

Charakteristinės šaknys

(r + 2)(r + 4) = 0 → r = −2, −4

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 1, −2A − 4B = 4
A = 4, B = −3

Apskaičiuokite

y(1) = 4·e−2 + (−3)·e−4 = 0,4864

Atsakymas

y(1) = 0,4864
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(3) = 3,333

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 = e∫2/x dx = x2

Integruokite

(x2y)′ = 3x2 → x2y = 3x3/3 + C

Pradinė sąlyga

4 = 3/3 + C → C = 3

Apskaičiuokite

y(3) = (3·33/3 + 3)/32 = 3,333

Atsakymas

y(3) = 3,333
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c22 = 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.

Eilutė kart stulpelis

c22 = 5·6 + (−6)·4 = 6

Atsakymas

c22 = 6
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: λ = −2

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 − (−6)λ + (8) = 0

Išspręskite

λ = (−6 ± √(4))/2 → λ = −4, −2
λ = −2

Atsakymas

λ = −2
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: compb a = −1,278

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 = 2·(−2) + 3·(−1) + 0·5 = −7

b ilgis

|b| = √((−2)² + (−1)² + 5²) = 5,477

Skaliarinė projekcija

compb a = a·b/|b| = −7/5,477 = −1,278

Atsakymas

compb a = −1,278

Neigiama: a turi komponentę, nukreiptą prieš b.

6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: A = 11,61 m²

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.

Kraštinių vektoriai

AB = B − A = (−6, 1, 3)
AC = C − A = (−5, 2, −1)

Vektorinė sandauga

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 1·(−1) − 3·2 = −7
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 3·(−5) − (−6)·(−1) = −21
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = (−6)·2 − 1·(−5) = −7
|AB × AC| = √((−7)² + (−21)² + (−7)²) = 23,22

Trikampio plotas

A = ½·23,22 = 11,61 m²

Atsakymas

A = 11,61 m²
7.Integralai

Atsakymas: I = 23,5

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

(18·ln 6 − 9) − (0 − 0,25) = 23,5

Atsakymas

I = 23,5
8.Integralai

Atsakymas: A = 1,333

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

x2 = 2x → x = 0, x = 2

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [x2 − 0,3333x3]02 = 1,333

Atsakymas

A = 1,333
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: Duf = 7,071

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.

Gradientas taške

fx = −6x²e2y → fx(−1, 0) = −6
fy = −4x³e2y → fy(−1, 0) = 4

Vienetinis vektorius

|v| = √((−3)² + 3²) = 4,243
u = (−0,7071, 0,7071)

Skaliarinė sandauga

Duf = (−6)·(−0,7071) + 4·0,7071 = 7,071

Atsakymas

Duf = 7,071
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 1,667

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).

Ribos

0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 0,5x

Vidinis integralas

∫00,5x (x + y) dy = x·0,5x + (0,5x)²/2 = 0,625x²

Išorinis integralas

I = 0,625·2³/3 = 1,667

Atsakymas

I = 1,667
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: S = 1,5

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.

Paprastosios trupmenos

2/(k(k + 2)) = (2/2)·(1/k − 1/(k + 2))

Atšaukti

S = (2/2)·(1 + 1/2) = 1,5

Atsakymas

S = 1,5
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: |R₅| = 0,0001215

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 = 5! = 120

Lagranžo įvertis

|R₅| ≤ 120·0,3⁶/6! = 0,0001215

Atsakymas

|R₅| = 0,0001215

Tikroji paklaida mažesnė: |f(0,3) − P₅(0,3)| = 9,674 × 10⁻⁵.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: A = 2,333

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 + 10s + 16 = (s + 2)(s + 8)
F(s) = A/(s + 2) + B/(s + 8)

Uždengimo taisyklė

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

A = (5s + 24)/(s + 8) |s = −2 = 14/6 = 2,333

Atsakymas

A = 2,333
(B = 2,667, taigi f(t) = 2,333·e−2t + 2,667·e−8t)
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.1) = 0,5244

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) = 150/(s(s + 5)(s + 6))

Paprastosios trupmenos

A = 150/(5·6) = 5
B = 150/((−5)·1) = −30
C = 150/((−6)·(−1)) = 25

Išskirta

y(t) = 5 − 30·e−5t + 25·e−6t
y(0,1) = 0,5244

Atsakymas

y(0,1) = 0,5244
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(3) = 4,509 × 10⁻⁵

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) = (5/5)(1 − e−5) = 0,9933

Mažėjimas po impulso

y(3) = 0,9933·e−5·2 = 4,509 × 10⁻⁵

Atsakymas

y(3) = 4,509 × 10⁻⁵
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/(5 + jω)

Fazė įėjimo dažniu

φ = −atan(15/5) = −71,57°

Atsakymas

φ = −71,57°

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