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)23Ta​T = ?

80 °C kavos puodelis paliekamas 19 °C kambaryje. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kai k = 0,04 min⁻¹, raskite temperatūrą T po 23 min.

T0 = 80 °CTa = 19 °Ck = 0,04 min⁻¹t = 23 min
T = °C
2.Diferencialinės lygtysSunkus
ty0,5y(0,5) = ?

Išspręskite y′ + 2y = 6e−t su y(0) = 4. Raskite y(0,5).

y′ + 2y = 6e−ty(0) = 4
y(0.5) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−3−4−43B =−5−6−1−6

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

A = [−3 −4; −4 3]B = [−5 −6; −1 −6]
c21 =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =428−2

Raskite pateiktos matricos A didesnę tikrinę reikšmę λ.

A = [4 2; 8 −2]
λ =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite k reikšmę, su kuria vektoriai a = (6, 1, −6) ir b = (0, −4, k) yra statmeni.

a = (6, 1, −6)b = (0, −4, k)
k =
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzABC

Raskite trikampio, kurio viršūnės A(−3, −4, −3), B(2, −2, −2) ir C(4, −1, 4), plotą A. Koordinatės pateiktos metrais.

A(−3, −4, −3)B(2, −2, −2)C(4, −1, 4)
A = m²
7.IntegralaiVidutinis
xy13y = x ln x

Apskaičiuokite I = ∫₁3 x·ln x dx.

∫₁3 x ln x dx
I =
8.IntegralaiSunkus
xy4y = 4xy = x²

Sritis tarp tiesės y = 4x ir parabolės y = x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.

y = 4xy = x²
V =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy−13P

Plokštuma, liečianti z = −3xy² + 3x² + y² + 4xy taške, kuriame (x, y) = (−1, 3), gali būti užrašoma kaip z = px + qy + c. Raskite c.

f(x, y) = −3xy² + 3x² + y² + 4xy(a, b) = (−1, 3)
c =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xyy = 1,2y = x1,21,2

Integralo I = ∫01,2 ∫x1,2 1/(1 + y²)² dy dx šia tvarka apskaičiuoti negalima. Pakeiskite integravimo tvarką ir apskaičiuokite jį.

f = 1/(1 + y²)²0 ≤ x ≤ y ≤ 1,2
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
xx₀ = −2??R

Laipsninė eilutė Σk=1∞ (2k)!·(x + 2)ᵏ/(k!)² konverguoja intervale aplink x₀ = −2. Raskite to intervalo kairįjį galą x.

Σ (2k)!·(x + 2)ᵏ/(k!)²x₀ = −2
x =
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = cos x aproksimuojama 4 laipsnio Maklorino polinomu taške x = 0,8. Naudodami Lagranžo paklaidos įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 1, raskite didžiausią galimą paklaidą |R₄|.

f(x) = cos xn = 4x = 0,8M = 1
|R₄| =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−5−10−15−20

Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = (s + 20)/(s² + 8s + 25), ir apskaičiuokite f(0,4).

F(s) = (s + 20)/(s² + 8s + 25)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Laplaso transformacija išspręskite y″ + 4y′ + 3y = 0, kai y(0) = 7 ir y′(0) = 13, ir raskite y(0,25).

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 7y′(0) = 13t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t2h(t)t1

Įėjimas x(t) = 2·e−3tu(t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−4tu(t). Raskite išėjimą y(1,5), kai t = 1,5 s.

x(t) = 2·e−3tu(t)h(t) = e−4tu(t)t = 1,5 s
y(1.5) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
x(t)t (ms)1245−5

Trikampė banga tiesiškai kyla ir krinta tarp −5 ir +5, jos periodas T = 2 ms. Raskite jos Furjė dedamosios, kurios dažnis 500 Hz, amplitudę c1.

±5T = 2 msf = 500 Hz
c1 =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: T = 43,31 °C

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 dėsnio sprendinys

T(t) = 19 + 61·e−0,04t

Įstatykite t

T(23) = 19 + 61·0,3985 = 43,31 °C

Atsakymas

T = 43,31 °C
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.5) = 2,903

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)′ = 6et

Bendrasis sprendinys

y = 6/1·e−t + C·e−2t = 6·e−t + C·e−2t

Pradinė sąlyga

4 = 6 + C → C = −2

Apskaičiuokite

y(0,5) = 6·0,6065 + (−2)·0,3679 = 2,903

Atsakymas

y(0,5) = 2,903
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c21 = 17

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 = (−4)·(−5) + 3·(−1) = 17

Atsakymas

c21 = 17
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 − (2)λ + (−24) = 0

Išspręskite

λ = (2 ± √(100))/2 → λ = −4, 6
λ = 6

Atsakymas

λ = 6
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: k = −0,6667

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 lygi nuliui

a·b = 6·0 + 1·(−4) + (−6)·k = 0
−4 + (−6)·k = 0

Išspręskite k atžvilgiu

k = −(−4)/(−6) = −0,6667

Atsakymas

k = −0,6667
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: A = 15,05 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 = (5, 2, 1)
AC = C − A = (7, 3, 7)

Vektorinė sandauga

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 2·7 − 1·3 = 11
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 1·7 − 5·7 = −28
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 5·3 − 2·7 = 1
|AB × AC| = √(11² + (−28)² + 1²) = 30,1

Trikampio plotas

A = ½·30,1 = 15,05 m²

Atsakymas

A = 15,05 m²
7.Integralai

Atsakymas: I = 2,944

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

(4,5·ln 3 − 2,25) − (0 − 0,25) = 2,944

Atsakymas

I = 2,944
8.Integralai

Atsakymas: V = 428,9

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

4x = 1x² → x = 0, x = 4

Žiedų metodas

V = π∫₀4 ((4x)² − (1x²)²) dx

Integruokite

V = π(16·4³/3 − 1·4⁵/5) = π·136,5 = 428,9

Atsakymas

V = 428,9
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: c = −54

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, 3) = 27
fx = −3y² + 6x + 4y → fx(−1, 3) = −21
fy = −6xy + 2y + 4x → fy(−1, 3) = 20

Liečiamoji plokštuma

z = 27 − 21(x + 1) + 20(y − 3)
z = −21x + 20y − 54

Konstantos narys

c = −54

Atsakymas

c = −54
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 0,2951

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 ≤ x ≤ y, 0 ≤ y ≤ 1,2

Pakeista tvarka

I = ∫01,2 ∫0y 1/(1 + y²)² dx dy = ∫01,2 y·1/(1 + y²)² dy

Keitinys u = y²

I = [−1/(2(1 + y²))]01,2 = 0,2951

Atsakymas

I = 0,2951
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: x = −2,25

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.

Koeficientai

ck+1/ck = (2k + 2)(2k + 1)/(k + 1)² → 4, taigi R = 1/4

Spindulys

R = 0,25

Intervalas

−2,25 < x < −1,75
x = −2,25

Atsakymas

x = −2,25

D’Alambero kriterijus nieko nesako apie du galinius taškus; juos reikia tikrinti atskirai.

12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: |R₄| = 0,002731

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

|R₄| ≤ 1·0,8⁵/5! = 0,002731

Atsakymas

|R₄| = 0,002731

Tikroji paklaida mažesnė: |f(0,8) − P₄(0,8)| = 0,00036.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.4) = 1,077

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 + 25 = (s + 4)² + 9 = (s + 4)² + 3²

Suderinkite skaitiklį

F(s) = 1·(s + 4)/((s + 4)² + 3²) + (16/3)·3/((s + 4)² + 3²)

Atvirkštinė transformacija

f(t) = e−4t·(cos 3t + 5,333·sin 3t)
f(0,4) = e−4·0,4·(cos(3·0,4) + 5,333·sin(3·0,4)) = 1,077

Atsakymas

f(0,4) = 1,077
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.25) = 8,516

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

s²Y − 7s − 13 + 4(sY − 7) + 3Y = 0
Y(s) = (7s + 41)/((s + 1)(s + 3))

Paprastosios trupmenos

A = 34/2 = 17
B = 20/(−2) = −10

Rezultatas

y(t) = 17·e−t − 10·e−3t
y(0,25) = 8,516

Atsakymas

y(0,25) = 8,516

Patikra: y(0) = A + B = 7.

15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(1.5) = 0,01726

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).

Sąsūkos integralas

y(t) = 2e−4t∫₀ᵗ e−(3 − 4)τ dτ = 2(e−4t − e−3t)/(−1)

Apskaičiuokite

y(1,5) = 2·(0,002479 − 0,01111)/(−1) = 0,01726

Atsakymas

y(1,5) = 0,01726
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: c1 = 4,053

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)|.

Harmonikos numeris

f₀ = 1/T = 500 Hz → k = 1

Amplitudė

c1 = 8·5/(π²·1²) = 4,053

Atsakymas

c1 = 4,053

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