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) = 2y(1) = ?

Išspręskite y″ + 6y′ + 8y = 0, kai y(0) = 2 ir y′(0) = 2. Raskite y(1).

y″ + 6y′ + 8y = 0y(0) = 2y′(0) = 2
y(1) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
ty1y(1) = ?

Išspręskite y′ + 3y = 3e−2t su y(0) = 2. Raskite y(1).

y′ + 3y = 3e−2ty(0) = 2
y(1) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−32−250−344−5

Raskite pateiktos 3×3 matricos A determinantą det A.

A = [−3 2 −2; 5 0 −3; 4 4 −5]
det A =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =4−1−41

Raskite pateiktos matricos A didesnę tikrinę reikšmę λ.

A = [4 −1; −4 1]
λ =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite vektoriaus a = (4, −7, −7) skaliarinę projekciją compb a į b = (−4, −3, 3), t. y. a komponentę b kryptimi.

a = (4, −7, −7)b = (−4, −3, 3)
compb a =
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzabc

Raskite gretasienio, kurio briaunos iš vienos viršūnės yra a = (4, −1, −3), b = (3, −2, −2) ir c = (4, −4, −3), tūrį V.

a = (4, −1, −3)b = (3, −2, −2)c = (4, −4, −3)
V =
7.IntegralaiVidutinis
xy03

Apskaičiuokite I = ∫03 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 3]
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−10,5P

Plokštuma, liečianti z = 3x²e2y taške, kuriame (x, y) = (−1, 0,5), gali būti užrašoma kaip z = px + qy + c. Raskite c.

f(x, y) = 3x²e2y(a, b) = (−1, 0,5)
c =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xyx = 3y = 0,5x31,5

Apskaičiuokite I = ∬T (3x − y) dA trikampyje T, ribojamame y = 0, x = 3 ir y = 0,5x.

f = 3x − y0 ≤ x ≤ 30 ≤ y ≤ 0,5x
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
kSn​12345678910S = ?

Raskite sumą S = Σk=1∞ 4/(k(k + 3)).

ak = 4/(k(k + 3))
S =
12.Sekos ir eilutėsSunkus

Raskite koeficientą c₂ prie (x − 4)² funkcijos f(x) = ln x Teiloro eilutėje taško a = 4 aplinkoje.

f(x) = ln xa = 4k = 2
c₂ =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−81

F(s) = 14/(s² + 9s + 14). Jos atvirkštinė transformacija yra f(t) = A·e−2t + B·e−7t. Paprastosiomis trupmenomis raskite koeficientą A.

F(s) = 14/(s² + 9s + 14)
A =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Sistema tenkina y″ + 8y′ + 12y = 48·u(t), kai y(0) = 6 ir y′(0) = 0. Ties t = 0 pridedamas šuolinis įėjimas u(t) = 4. Laplaso transformacija raskite y(0,25).

y″ + 8y′ + 12y = 48·u(t)y(0) = 6y′(0) = 0u(t) = 4t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t11h(t)t22

Impulsas x(t) = 1, kai 0 ≤ t < 1 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios impulsinė charakteristika h(t) = 2, kai 0 ≤ t < 2 s (kitur nulis). Raskite išėjimą y(2), kai t = 2 s.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 2, 0 ≤ t < 2 st = 2 s
y(2) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
u[n]2+y[n]−0,5·z⁻¹+

Sistema tenkina y[n] = −0,5·y[n − 1] + 2·x[n] ir pradeda iš ramybės būsenos. Įėjimas yra vienetinis šuolis x[n] = u[n]. Raskite y[5].

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

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1) = 0,6217

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 = 2, −2A − 4B = 2
A = 5, B = −3

Apskaičiuokite

y(1) = 5·e−2 + (−3)·e−4 = 0,6217

Atsakymas

y(1) = 0,6217
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1) = 0,3562

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)′ = 3et

Bendrasis sprendinys

y = 3/1·e−2t + C·e−3t = 3·e−2t + C·e−3t

Pradinė sąlyga

2 = 3 + C → C = −1

Apskaičiuokite

y(1) = 3·0,1353 + (−1)·0,04979 = 0,3562

Atsakymas

y(1) = 0,3562
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: det A = −50

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 = 12, M₁₂ = −13, M₁₃ = 20

Skleidinys pagal eilutę

det A = (−3)·12 − 2·(−13) + (−2)·20 = −50

Atsakymas

det A = −50
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: λ = 5

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 − (5)λ + (0) = 0

Išspręskite

λ = (5 ± √(25))/2 → λ = 0, 5
λ = 5

Atsakymas

λ = 5
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: compb a = −2,744

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·(−4) + (−7)·(−3) + (−7)·3 = −16

b ilgis

|b| = √((−4)² + (−3)² + 3²) = 5,831

Skaliarinė projekcija

compb a = a·b/|b| = −16/5,831 = −2,744

Atsakymas

compb a = −2,744

Neigiama: a turi komponentę, nukreiptą prieš b.

6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: V = 3

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = (−2)·(−3) − (−2)·(−4) = −2
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−2)·4 − 3·(−3) = 1
(b × c)z = bxcy − bycx = 3·(−4) − (−2)·4 = −4

Skaliarinė sandauga su a

a·(b × c) = 4·(−2) + (−1)·1 + (−3)·(−4) = 3
V = |3| = 3

Atsakymas

V = 3
7.Integralai

Atsakymas: I = 201,2

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) = e2x/2

Įstatykite rėžius

I = (e6 − 1)/2 = (403,4 − 1)/2 = 201,2

Atsakymas

I = 201,2
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: c = −16,31

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, 0,5) = 8,155
fx = 6xe2y → fx(−1, 0,5) = −16,31
fy = 6x²e2y → fy(−1, 0,5) = 16,31

Liečiamoji plokštuma

z = 8,155 − 16,31(x + 1) + 16,31(y − 0,5)
z = −16,31x + 16,31y − 16,31

Konstantos narys

c = −16,31

Atsakymas

c = −16,31
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 12,38

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 ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 0,5x

Vidinis integralas

∫00,5x (3x − y) dy = 3x·0,5x − (0,5x)²/2 = 1,375x²

Išorinis integralas

I = 1,375·3³/3 = 12,38

Atsakymas

I = 12,38
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: S = 2,444

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

4/(k(k + 3)) = (4/3)·(1/k − 1/(k + 3))

Atšaukti

S = (4/3)·(1 + 1/2 + 1/3) = 2,444

Atsakymas

S = 2,444
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: c₂ = −0,03125

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⁽²⁾

f⁽²⁾(x) = −1/x²

Koeficientas

c₂ = f⁽²⁾(4)/2! = −1/(4²·2) = −0,03125
c₂ = −0,03125

Atsakymas

c₂ = −0,03125
13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: A = 2,8

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 + 9s + 14 = (s + 2)(s + 7)
F(s) = A/(s + 2) + B/(s + 7)

Uždengimo taisyklė

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

A = 14/(s + 7) |s = −2 = 14/5 = 2,8

Atsakymas

A = 2,8
(B = −2,8, taigi f(t) = 2,8·e−2t − 2,8·e−7t)
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.25) = 8,018

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 + 8s + 12)·Y(s) = 6s + 48 + 192/s
Y(s) = (6s² + 48s + 192)/(s(s + 2)(s + 6))

Paprastosios trupmenos

A = 192/(2·6) = 16
B = 120/((−2)·4) = −15
C = 120/((−6)·(−4)) = 5

Rezultatas

y(t) = 16 − 15·e−2t + 5·e−6t
y(0,25) = 8,018

Atsakymas

y(0,25) = 8,018

Patikra: y(0) = A + B + C = 6.

15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(2) = 2

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).

Apversto impulso persidengimas

h(t − τ) yra h impulsas, apverstas ir pastumtas taip, kad baigtųsi ties τ = t.

τ ∈ [0, 1] → ilgis 1 s

Integralas

y(2) = 1·2·1 = 2

Atsakymas

y(2) = 2

y(t) yra trapecija: ji kyla nuo 0, išlieka ties 2 ir krinta iki 0, kai t = 3 s.

16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y[5] = 1,313

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

y[0] = 2
y[1] = 1
y[2] = 1,5
y[3] = 1,25
y[4] = 1,375
y[5] = 1,313

Rezultatas

y[5] = 2·(1 − (−0,5)6)/(1 − (−0,5)) = 1,313

Atsakymas

y[5] = 1,313

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