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) = 3y(0,5) = ?

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

y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 3y′(0) = -2
y(0.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
tyK = 10y(0,5) = ?

Sistema tenkina y″ + y′ + 25,25y = 252,5, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite y(0,5); kampai radianais.

y″ + y′ + 25,25y = 252,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =362−2B =6−2−33

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

A = [3 6; 2 −2]B = [6 −2; −3 3]
c22 =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =3−210

Raskite pateiktos matricos A didesnę tikrinę reikšmę λ.

A = [3 −2; 1 0]
λ =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite kampą θ tarp vektorių a = (3, −5, 5) ir b = (2, −2, 5) laipsniais.

a = (3, −5, 5)b = (2, −2, 5)
θ = °
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzrFOA

Jėga F = (−20, −60, 40) N veikia taške A(−1, −2, −2). Koordinatės pateiktos metrais. Raskite jėgos momento taško koordinačių pradžia O(0, 0, 0) atžvilgiu y komponentę My.

F = (−20, −60, 40) NA(−1, −2, −2) mO(0, 0, 0) m
My = N·m
7.IntegralaiVidutinis
xyπ/2y = x·cos x

Apskaičiuokite I = ∫₀π/2 x·cos x dx (x radianais).

∫₀π/2 x·cos x dx
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
xy0,52P

Naudokite f(x, y) = 2 sin(−2x − 3y) liečiamąją plokštumą taške (0,5, 2) f(0,4, 1,9) apytiksliai rasti. Pateikite tiesinę aproksimaciją L.

f(x, y) = 2 sin(−2x − 3y)(a, b) = (0,5, 2)(x, y) = (0,4, 1,9)
L =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−202−202ABC

Pažymėti taškai yra f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy kritiniai taškai. Spustelėkite balno tašką.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy
  1. 1A (0, 0)
  2. 2B (1, 1)
  3. 3C (−1, −1)
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ 1/√kk = 1 … ∞BΣ (2/5)ᵏk = 1 … ∞CΣ ln k / kk = 1 … ∞DΣ k!/2ᵏk = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių konverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ 1/√kB: Σ (2/5)ᵏC: Σ ln k / kD: Σ k!/2ᵏ
  1. 1A: Σ 1/√k
  2. 2B: Σ (2/5)ᵏ
  3. 3C: Σ ln k / k
  4. 4D: Σ k!/2ᵏ
12.Sekos ir eilutėsSunkus

Raskite koeficientą c₃ prie (x − 3)³ funkcijos f(x) = ln x Teiloro eilutėje taško a = 3 aplinkoje.

f(x) = ln xa = 3k = 3
c₃ =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,3f(0,3) = ?

Raskite f(t), kai F(s) = (2s + 26)/(s² + 8s + 16), ir apskaičiuokite f(0,3).

F(s) = (2s + 26)/(s² + 8s + 16)t = 0,3 s
f(0.3) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Sistema tenkina y″ + 11y′ + 30y = 120·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″ + 11y′ + 30y = 120·u(t)u(t) = 10y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t0,54h(t)t1

Impulsas x(t) = 4, kai 0 ≤ t < 0.5 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−2tu(t). Raskite išėjimą y(1,5), kai t = 1,5 s, jau pasibaigus impulsui.

x(t) = 4, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−2tu(t)t = 1,5 s
y(1.5) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
x(t)t (ms)1020402−2

Stačiakampė banga kinta tarp +2 ir −2, jos periodas T = 20 ms (pusę periodo kiekviename lygyje). Raskite jos Furjė dedamosios, kurios dažnis 350 Hz, amplitudę c7.

±2T = 20 msf = 350 Hz
c7 =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.5) = 1,839

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.

Dviguba šaknis

(r + 2)² = 0 → r = −2

Konstantos

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 2A → B = -2 + 6 = 4

Apskaičiuokite

y(0,5) = (3 + 4·0,5)·e−1 = 1,839

Atsakymas

y(0,5) = 1,839
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.5) = 15,77

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 = 10, r = −0,5 ± 5j

Konstantos pagal pradines vertes

y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −0,5A + 5B = 0 → B = −1

Apskaičiuokite

y(0,5) = 10·(1 − e−0,25(cos 2,5 + 0,1·sin 2,5)) = 15,77

Atsakymas

y(0,5) = 15,77
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c22 = −10

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 = 2·(−2) + (−2)·3 = −10

Atsakymas

c22 = −10
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 − (3)λ + (2) = 0

Išspręskite

λ = (3 ± √(1))/2 → λ = 1, 2
λ = 2

Atsakymas

λ = 2
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: θ = 21,69 °

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 = 3·2 + (−5)·(−2) + 5·5 = 41

Moduliai

|a| = √(3² + (−5)² + 5²) = 7,681
|b| = √(2² + (−2)² + 5²) = 5,745

Kampas

cos θ = 41/(7,681·5,745) = 0,9292
θ = arccos(0,9292) = 21,69°

Atsakymas

θ = 21,69°
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: My = 80 N·m

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.

Padėties vektorius iš O į A

r = A − O = (−1, −2, −2) − (0, 0, 0) = (−1, −2, −2) m

Momentas M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−2)·40 − (−2)·(−60) = −200 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−2)·(−20) − (−1)·40 = 80 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−1)·(−60) − (−2)·(−20) = 20 N·m

Prašoma komponentė

My = 80 N·m

Atsakymas

My = 80 N·m
7.Integralai

Atsakymas: I = 0,5708

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 = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x

Pirmykštė funkcija

∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x

Ribos

(π/2·sin π/2 + cos π/2) − (0 + 1) = 0,5708

Atsakymas

I = 0,5708
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: L = −0,5601

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(0,5, 2) = −1,314
fx = −4 cos(−2x − 3y) → fx(0,5, 2) = −3,016
fy = −6 cos(−2x − 3y) → fy(0,5, 2) = −4,523

Liečiamoji plokštuma

z = −1,314 − 3,016(x − 0,5) − 4,523(y − 2)
z = −3,016x − 4,523y + 9,241

Tiesinė aproksimacija

L = −1,314 + (−3,016)·(−0,1) + (−4,523)·(−0,1) = −0,5601

Atsakymas

L = −0,5601

Tiksli reikšmė yra f = −0,43024; plokštuma artima, nes žingsnis mažas.

10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: A (0, 0)

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).

Kritiniai taškai

Kartu išspręskite fx = 0 ir fy = 0.

fx = 4x³ − 4y = 0
fy = 4y³ − 4x = 0
(0, 0), (1, 1), (−1, −1)

Antros eilės išvestinių testas

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −4, D = −16 → balno taškas
(1, 1): fxx = 12, fyy = 12, fxy = −4, D = 128 → lokalusis minimumas
(−1, −1): fxx = 12, fyy = 12, fxy = −4, D = 128 → lokalusis minimumas

Taškas

A (0, 0): balno taškas

Atsakymas

A (0, 0)
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: B: Σ (2/5)ᵏ

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 1/√k → p eilutė, kai p = 1/2 ≤ 1: diverguoja.
B: Σ (2/5)ᵏ → Geometrinė, kai r = 2/5, |r| < 1: konverguoja.
C: Σ ln k / k → Didesnė už 1/k, kai k ≥ 3: diverguoja pagal palyginimą su harmonine eilute.
D: Σ k!/2ᵏ → D’Alambero kriterijus: L = lim (k + 1)/2 = ∞, diverguoja.

Atsakymas

B: Σ (2/5)ᵏ

Atsakymas

B: Σ (2/5)ᵏ
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: c₃ = 0,01235

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.

Išvestinė f⁽³⁾

f⁽³⁾(x) = 2/x³

Koeficientas

c₃ = f⁽³⁾(3)/3! = 2/(3³·6) = 0,01235
c₃ = 0,01235

Atsakymas

c₃ = 0,01235
13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.3) = 2,229

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 + 8s + 16 = (s + 4)²

Paprastosios trupmenos

2s + 26 = 2(s + 4) + 18
F(s) = 2/(s + 4) + 18/(s + 4)²

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 2·e−4t + 18·t·e−4t
f(0,3) = (2 + 18·0,3)·e−4·0,3 = 2,229

Atsakymas

f(0,3) = 2,229
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.2) = 11,95

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) = 1200/(s(s + 5)(s + 6))

Paprastosios trupmenos

A = 1200/(5·6) = 40
B = 1200/((−5)·1) = −240
C = 1200/((−6)·(−1)) = 200

Išskirta

y(t) = 40 − 240·e−5t + 200·e−6t
y(0,2) = 11,95

Atsakymas

y(0,2) = 11,95
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(1.5) = 0,1711

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(0,5) = (4/2)(1 − e−1) = 1,264

Mažėjimas po impulso

y(1,5) = 1,264·e−2·1 = 0,1711

Atsakymas

y(1,5) = 0,1711
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: c7 = 0,3638

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 = 50 Hz → k = 350/50 = 7

Amplitudė

c7 = 4·2/(7π) = 0,3638

Atsakymas

c7 = 0,3638

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