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)25Ta​56 °C

93 °C kavos puodelis paliekamas 23 °C kambaryje. Po 25 min temperatūra yra 56 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Raskite konstantą k min⁻¹.

T0 = 93 °CTa = 23 °CT(25) = 56 °C
k = min⁻¹
2.Diferencialinės lygtysSunkus
t (min)m (kg)50 minm = ?

Talpoje yra 500 L vandens, kuriame ištirpinta 20 kg druskos. Sūrymas, kurio litre yra 0,25 kg druskos, įteka 10 L/min greičiu, o gerai išmaišytas tirpalas tokiu pat greičiu išteka. Kiek druskos m bus talpoje po 50 min?

V = 500 Lm0 = 20 kgc = 0,25 kg/Lr = 10 L/min
m = kg
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =554−34−4−411

Raskite pateiktos 3×3 matricos A determinantą det A.

A = [5 5 4; −3 4 −4; −4 1 1]
det A =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =15−2−1b =122

Išspręskite sistemą x + 5y = 12 ir −2x − y = 2. Raskite x.

x + 5y = 12−2x − y = 2
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite kampą θ tarp vektorių a = (4, −5, 3) ir b = (−6, 1, 1) laipsniais.

a = (4, −5, 3)b = (−6, 1, 1)
θ = °
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

Vienetinis vektorius n̂ statmenas abiem vektoriams a = (2, −4, 4) ir b = (−4, 4, 3) ir turi teigiamą z komponentę. Raskite jo y komponentę n̂y.

a = (2, −4, 4)b = (−4, 4, 3)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegralaiVidutinis
xy03

Apskaičiuokite I = ∫03 e−x dx.

f(x) = e−x[0, 3]
I =
8.IntegralaiSunkus
xy−22

Raskite srities tarp parabolės y = 4 − x² ir x ašies plotą A.

y = 4 − x²
A =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy−2024024vP

Kai f(x, y) = x³y² − 2x³ − 4y² + xy, raskite išvestinę kryptimi Duf taške (2, 2) vektoriaus v = (−4, −3) kryptimi.

f(x, y) = x³y² − 2x³ − 4y² + xyP = (2, 2)v = (−4, −3)
Duf =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−101−1012(0, 1)

f(x, y) = −x² + 4xy − y² − 4x + 2y + 2 turi kritinį tašką (0, 1). Apskaičiuokite jame diskriminantą D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = −x² + 4xy − y² − 4x + 2y + 2P = (0, 1)
D =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
k|aₖ|¹ᐟᵏ123456789101112

Taikykite Koši šaknies kriterijų eilutei Σk=1∞ ((2k + 4)/(3k + 6))ᵏ. Raskite L = lim |ak|1/k.

ak = ((2k + 4)/(3k + 6))ᵏ
L =
12.Sekos ir eilutėsSunkus

Atpažinkite eilutę ir raskite jos sumą: S = Σk=1∞ k·(−0,5)ᵏ.

ak = k·(−0,5)ᵏ
S =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,25f(0,25) = ?

Raskite f(t), kai F(s) = (4s + 29)/(s² + 6s + 9), ir apskaičiuokite f(0,25).

F(s) = (4s + 29)/(s² + 6s + 9)t = 0,25 s
f(0.25) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,6y(0,6) = ?

Sistema tenkina y″ + 7y′ + 6y = 12·u(t), kai y(0) = 2 ir y′(0) = 0. Ties t = 0 pridedamas šuolinis įėjimas u(t) = 4. Laplaso transformacija raskite y(0,6).

y″ + 7y′ + 6y = 12·u(t)y(0) = 2y′(0) = 0u(t) = 4t = 0,6 s
y(0.6) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t4h(t)t21

Sistemos impulsinė charakteristika h(t) = e−0,5tu(t). Įėjimas yra šuolis x(t) = 4·u(t). Raskite išėjimą y(0,4), kai t = 0,4 s.

h(t) = e−0,5tu(t)x(t) = 4·u(t)t = 0,4 s
y(0.4) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
x(t)t (ms)2482

Stačiakampė banga kinta tarp 2 ir 0, jos periodas T = 4 ms (pusę periodo kiekviename lygyje). Raskite jos Furjė dedamosios, kurios dažnis 1250 Hz, amplitudę c5.

0 … 2T = 4 msf = 1250 Hz
c5 =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: k = 0,03008 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−25k = 33/70

Išspręskite k atžvilgiu

k = ln(70/33)/25 = 0,03008 min⁻¹

Atsakymas

k = 0,03008 min⁻¹
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: m = 86,37 kg

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.

Sudarykite lygtį

dm/dt = 10·0,25 − (10/500)·m = 2,5 − 0,02·m

Išspręskite

Integruojantysis daugiklis yra ert/V; sprendinys artėja prie pusiausvyrinės reikšmės c·V.

m(t) = 125 + (−105)·e−t/50

Įstatykite t

m(50) = 125 + (−105)·0,3679 = 86,37 kg

Atsakymas

m = 86,37 kg
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: det A = 187

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 = 8, M₁₂ = −19, M₁₃ = 13

Skleidinys pagal eilutę

det A = 5·8 − 5·(−19) + 4·13 = 187

Atsakymas

det A = 187
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = −2,444

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 = 1·(−1) − 5·(−2) = 9

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = 12·(−1) − 5·2 = −22
x = −22/9 = −2,444

Atsakymas

x = −2,444
y = 2,889
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: θ = 126,6 °

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·(−6) + (−5)·1 + 3·1 = −26

Moduliai

|a| = √(4² + (−5)² + 3²) = 7,071
|b| = √((−6)² + 1² + 1²) = 6,164

Kampas

cos θ = −26/(7,071·6,164) = −0,5965
θ = arccos(−0,5965) = 126,6°

Atsakymas

θ = 126,6°
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: n̂y = 0,6028

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)·3 − 4·4 = −28
(a × b)y = azbx − axbz = 4·(−4) − 2·3 = −22
(a × b)z = axby − aybx = 2·4 − (−4)·(−4) = −8

Normalizuokite

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

|a × b| = √((−28)² + (−22)² + (−8)²) = 36,5
n̂ = −(−28, −22, −8)/36,5 = (0,7672, 0,6028, 0,2192)
n̂y = 0,6028

Atsakymas

n̂y = 0,6028
7.Integralai

Atsakymas: I = 0,9502

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) = e−x/(−1)

Įstatykite rėžius

I = (e−3 − 1)/(−1) = (0,04979 − 1)/(−1) = 0,9502

Atsakymas

I = 0,9502
8.Integralai

Atsakymas: A = 10,67

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.

Nuliai

4 − x² = 0 → x = ±2

Integruokite

A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67

Atsakymas

A = 10,67
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: Duf = −31,6

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 = 3x²y² − 6x² + y → fx(2, 2) = 26
fy = 2x³y − 8y + x → fy(2, 2) = 18

Vienetinis vektorius

|v| = √((−4)² + (−3)²) = 5
u = (−0,8, −0,6)

Skaliarinė sandauga

Duf = 26·(−0,8) + 18·(−0,6) = −31,6

Atsakymas

Duf = −31,6
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: D = −12

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).

Antros eilės išvestinės

fxx = −2, fyy = −2, fxy = 4

Diskriminantas

D = (−2)·(−2) − 4² = −12
→ balno taškas

Atsakymas

D = −12
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: L = 0,6667

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.

Narių šaknis

|ak|1/k = (2k + 4)/(3k + 6) → 2/3

Išvada

L = 0,6667 < 1

Atsakymas

L = 0,6667

L < 1, todėl eilutė konverguoja.

12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: S = −0,2222

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.

Standartinės eilutės

Σ k·xᵏ = x/(1 − x)²

Įstatykite

x = −0,5
S = −0,5/(1 − (−0,5))² = −0,2222

Atsakymas

S = −0,2222
13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.25) = 3,897

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 + 9 = (s + 3)²

Paprastosios trupmenos

4s + 29 = 4(s + 3) + 17
F(s) = 4/(s + 3) + 17/(s + 3)²

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 4·e−3t + 17·t·e−3t
f(0,25) = (4 + 17·0,25)·e−3·0,25 = 3,897

Atsakymas

f(0,25) = 3,897
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.6) = 4,081

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

(s² + 7s + 6)·Y(s) = 2s + 14 + 48/s
Y(s) = (2s² + 14s + 48)/(s(s + 1)(s + 6))

Paprastosios trupmenos

A = 48/(1·6) = 8
B = 36/((−1)·5) = −7,2
C = 36/((−6)·(−5)) = 1,2

Rezultatas

y(t) = 8 − 7,2·e−t + 1,2·e−6t
y(0,6) = 4,081

Atsakymas

y(0,6) = 4,081

Patikra: y(0) = A + B + C = 2.

15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(0.4) = 1,45

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).

Sąsūka su šuoliu

y(t) = 4·∫₀ᵗ e−0,5τ dτ = (4/0,5)·(1 − e−0,5t)

Apskaičiuokite

y(0,4) = 8·(1 − e−0,2) = 1,45

Atsakymas

y(0,4) = 1,45
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: c5 = 0,2546

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 = 250 Hz → k = 1250/250 = 5

Amplitudė

c5 = 4·1/(5π) = 0,2546

Atsakymas

c5 = 0,2546

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