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(0,5) = ?

Išspręskite y″ + 4y′ + 3y = 0, kai y(0) = 1 ir y′(0) = -2. Raskite y(0,5).

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 1y′(0) = -2
y(0.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
ty2y(2) = ?

Išspręskite y′ + 3y = 5e−0,5t su y(0) = 3. Raskite y(2).

y′ + 3y = 5e−0,5ty(0) = 3
y(2) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−2−52−6B =21−31

Tegu C = AB pateiktoms matricoms. Raskite elementą c12 (eilutė 1, stulpelis 2).

A = [−2 −5; 2 −6]B = [2 1; −3 1]
c12 =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =−6−42−5b =−12−8

Išspręskite sistemą −6x − 4y = −12 ir 2x − 5y = −8. Raskite x.

−6x − 4y = −122x − 5y = −8
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite vektorių a = (−5, −4, 2) ir b = (7, −7, 4) skaliarinę sandaugą a·b.

a = (−5, −4, 2)b = (7, −7, 4)
a·b =
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzABC

Raskite trikampio, kurio viršūnės A(−2, 0, −1), B(0, 1, 2) ir C(4, 1, −3), plotą A. Koordinatės pateiktos metrais.

A(−2, 0, −1)B(0, 1, 2)C(4, 1, −3)
A = m²
7.IntegralaiVidutinis
xy12

Apskaičiuokite I = ∫12 2/x dx.

f(x) = 2/x[1, 2]
I =
8.IntegralaiSunkus
xyy = 2x2​y = 4x

Raskite srities, apribotos y = 2x2 ir y = 4x, plotą A.

y = 2x2y = 4x
A =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis

z = −x³y³ + 2x² + 2y³ − xy, kai x = 2t + 2 ir y = −t². Sudėtinės funkcijos taisykle raskite dz/dt, kai t = 0.

z = −x³y³ + 2x² + 2y³ − xyx = 2t + 2y = −t²t = 0
dz/dt =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xyx = 2y = 0,5x21

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

f = 2x + y0 ≤ x ≤ 20 ≤ y ≤ 0,5x
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
kSn​12345678910

Raskite sumą S = Σk=17 2/(k(k + 1)).

ak = 2/(k(k + 1))n = 7
S =
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = sin x aproksimuojama 4 laipsnio Maklorino polinomu taške x = 0,3. Naudodami Lagranžo paklaidos įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 1, raskite didžiausią galimą paklaidą |R₄|.

f(x) = sin xn = 4x = 0,3M = 1
|R₄| =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm5

Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = (5s + 13)/(s² + 2s + 37), ir apskaičiuokite f(0,25).

F(s) = (5s + 13)/(s² + 2s + 37)t = 0,25 s
f(0.25) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Sistema tenkina y″ + 7y′ + 10y = 15·u(t). Ji pradeda iš rimties (y(0) = 0, y′(0) = 0), o įėjimas yra šuolis u(t) = 10, kai t ≥ 0. Laplaso transformacija raskite išėjimą y(0,2).

y″ + 7y′ + 10y = 15·u(t)u(t) = 10y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t4h(t)t1

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

x(t) = 4·e−1tu(t)h(t) = e−2tu(t)t = 1,5 s
y(1.5) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
δ[n]0,5+h[n]0,5·z⁻¹+

Sistema tenkina y[n] = 0,5·y[n − 1] + 0,5·x[n] ir pradeda iš ramybės būsenos. Raskite jos impulsinės charakteristikos atskaitą h[2].

y[n] = 0,5y[n − 1] + 0,5x[n]x[n] = δ[n]
h[2] =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.5) = 0,4148

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 + 1)(r + 3) = 0 → r = −1, −3

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 1, −1A − 3B = -2
A = 0,5, B = 0,5

Apskaičiuokite

y(0,5) = 0,5·e−0,5 + 0,5·e−1,5 = 0,4148

Atsakymas

y(0,5) = 0,4148
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = 0,7382

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 = e3t
(e3ty)′ = 5e2,5t

Bendrasis sprendinys

y = 5/2,5·e−0,5t + C·e−3t = 2·e−0,5t + C·e−3t

Pradinė sąlyga

3 = 2 + C → C = 1

Apskaičiuokite

y(2) = 2·0,3679 + 1·0,002479 = 0,7382

Atsakymas

y(2) = 0,7382
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c12 = −7

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

c12 = (−2)·1 + (−5)·1 = −7

Atsakymas

c12 = −7
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = 0,7368

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)·(−5) − (−4)·2 = 38

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = (−12)·(−5) − (−4)·(−8) = 28
x = 28/38 = 0,7368

Atsakymas

x = 0,7368
y = 1,895
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: a·b = 1

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.

Sudauginkite atitinkamas komponentes ir sudėkite

a·b = (−5)·7 + (−4)·(−7) + 2·4 = (−35) + 28 + 8 = 1

Atsakymas

a·b = 1

Teigiama: kampas tarp vektorių mažesnis nei 90°.

6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: A = 11,46 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 = (2, 1, 3)
AC = C − A = (6, 1, −2)

Vektorinė sandauga

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 1·(−2) − 3·1 = −5
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 3·6 − 2·(−2) = 22
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 2·1 − 1·6 = −4
|AB × AC| = √((−5)² + 22² + (−4)²) = 22,91

Trikampio plotas

A = ½·22,91 = 11,46 m²

Atsakymas

A = 11,46 m²
7.Integralai

Atsakymas: I = 1,386

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) = 2·ln x

Įstatykite rėžius

I = 2·(ln 2 − ln 1) = 2·ln 2 = 1,386

Atsakymas

I = 1,386
8.Integralai

Atsakymas: A = 2,667

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 = 4x → x = 0, x = 2

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [2x2 − 0,6667x3]02 = 2,667

Atsakymas

A = 2,667
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: dz/dt = 16

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

Dalinės išvestinės

fx = −3x²y³ + 4x − y = 8
fy = −3x³y² + 6y² − x = −2

Grandinės taisyklė

dz/dt = 8·2 + (−2)·0 = 16

Atsakymas

dz/dt = 16
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 3

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 (2x + y) dy = 2x·0,5x + (0,5x)²/2 = 1,125x²

Išorinis integralas

I = 1,125·2³/3 = 3

Atsakymas

I = 3
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: S = 1,75

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 + 1)) = 2·(1/k − 1/(k + 1))

Atšaukti

S = 2·(1 − 1/8) = 1,75

Atsakymas

S = 1,75
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: |R₄| = 2,025 × 10⁻⁵

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.

Išvestinės įvertis

M = 1

Lagranžo įvertis

|R₄| ≤ 1·0,3⁵/5! = 2,025 × 10⁻⁵

Atsakymas

|R₄| = 2,025 × 10⁻⁵

Tikroji paklaida mažesnė: |f(0,3) − P₄(0,3)| = 2,021 × 10⁻⁵.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.25) = 1,311

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 + 2s + 37 = (s + 1)² + 36 = (s + 1)² + 6²

Suderinkite skaitiklį

F(s) = 5·(s + 1)/((s + 1)² + 6²) + (8/6)·6/((s + 1)² + 6²)

Atvirkštinė transformacija

f(t) = e−t·(5·cos 6t + 1,333·sin 6t)
f(0,25) = e−0,25·(5·cos(6·0,25) + 1,333·sin(6·0,25)) = 1,311

Atsakymas

f(0,25) = 1,311
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.2) = 1,921

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 + 2)(s + 5))

Paprastosios trupmenos

A = 150/(2·5) = 15
B = 150/((−2)·3) = −25
C = 150/((−5)·(−3)) = 10

Išskirta

y(t) = 15 − 25·e−2t + 10·e−5t
y(0,2) = 1,921

Atsakymas

y(0,2) = 1,921
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(1.5) = 0,6934

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

Apskaičiuokite

y(1,5) = 4·(0,04979 − 0,2231)/(−1) = 0,6934

Atsakymas

y(1,5) = 0,6934
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: h[2] = 0,125

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)|.

Iteracijos

h[0] = 0,5
h[1] = 0,25
h[2] = 0,125

Rezultatas

h[2] = 0,5·(0,5)2 = 0,125

Atsakymas

h[2] = 0,125

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