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(1,5) = ?

Išspręskite y″ + 7y′ + 12y = 0, kai y(0) = 3 ir y′(0) = 1. Raskite y(1,5).

y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 3y′(0) = 1
y(1.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
xy12(1, −2)y(2) = ?

Išspręskite Koši uždavinį y′ + 3y/x = 4x2, kai x > 0, su y(1) = −2. Raskite y(2).

y′ + 3y/x = 4x2y(1) = −2
y(2) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =43−1−4−33−5−54

Raskite pateiktos 3×3 matricos A determinantą det A.

A = [4 3 −1; −4 −3 3; −5 −5 4]
det A =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =−2−322b =−10−1

Išspręskite sistemą −2x − 3y = −10 ir 2x + 2y = −1. Raskite x.

−2x − 3y = −102x + 2y = −1
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzdFAB

Pastovi jėga F = (10, −5, 10) N veikia kūną, kuris tiesiai juda iš taško A(2, 1, 5) į tašką B(−1, 3, −2). Koordinatės pateiktos metrais. Raskite jėgos atliktą darbą W.

F = (10, −5, 10) NA(2, 1, 5) mB(−1, 3, −2) m
W = J
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzABC

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

A(−3, 4, 4)B(4, 1, 0)C(0, 2, 2)
A = m²
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 = 0,5x2​y = 2x

Raskite srities, apribotos y = 0,5x2 ir y = 2x, plotą A.

y = 0,5x2y = 2x
A =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy2−1P

Plokštuma, liečianti z = 5x²y² + 5x² − 4y³ + 2xy taške, kuriame (x, y) = (2, −1), gali būti užrašoma kaip z = px + qy + c. Raskite c.

f(x, y) = 5x²y² + 5x² − 4y³ + 2xy(a, b) = (2, −1)
c =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy0−2024(2, 3)(−2, 3)

Raskite f(x, y) = −x³ + 12x − y² + 6y kritinius taškus, juos klasifikuokite ir nurodykite f reikšmę fmax lokaliajame maksimume.

f(x, y) = −x³ + 12x − y² + 6y
fmax =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ k/2ᵏk = 1 … ∞BΣ 3/k³k = 1 … ∞CΣ 5/kk = 1 … ∞DΣ (2/5)ᵏk = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių diverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ k/2ᵏB: Σ 3/k³C: Σ 5/kD: Σ (2/5)ᵏ
  1. 1A: Σ k/2ᵏ
  2. 2B: Σ 3/k³
  3. 3C: Σ 5/k
  4. 4D: Σ (2/5)ᵏ
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = eˣ taške x = 2 aproksimuojama n laipsnio Maklorino polinomu. Naudodami Lagranžo įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 8, raskite mažiausią laipsnį n, garantuojantį paklaidą, mažesnę nei 0,001.

f(x) = eˣx = 2M = 8ε = 0,001
n =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−8−91

F(s) = (6s + 18)/(s² + 9s + 8). Jos atvirkštinė transformacija yra f(t) = A·e−t + B·e−8t. Paprastosiomis trupmenomis raskite koeficientą A.

F(s) = (6s + 18)/(s² + 9s + 8)
A =
14.Laplaso transformacijosSunkus
ReIm−5−10−15−20

Sistema aprašoma diferencialine lygtimi y″ + 6y′ + 13y = u′ + 19u, kurios įėjimas u(t), o išėjimas y(t). Raskite jos perdavimo funkciją G(s) = Y(s)/U(s) (pradinės sąlygos nulinės) ir apskaičiuokite impulsinę reakciją g(t) ties t = 0,3 s. Raskite g(0,3).

y″ + 6y′ + 13y = u′ + 19ut = 0,3 s
g(0.3) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t44h(t)t13

Impulsas x(t) = 4, kai 0 ≤ t < 4 s, sąsukamas su impulsu h(t) = 3, kai 0 ≤ t < 1 s. Raskite plotą Ay po y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 4, 0 ≤ t < 4 sh(t) = 3, 0 ≤ t < 1 s
Ay =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
5cos(15t)h(t) = 2e−20t​u(t)y(t)

Įėjimas x(t) = 5·cos(15t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = 2·e−20tu(t). Raskite nusistovėjusio išėjimo amplitudę Ym.

h(t) = 2e−20tu(t)x(t) = 5cos(15t)
Ym =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1.5) = 0,1196

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 + 3)(r + 4) = 0 → r = −3, −4

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 3, −3A − 4B = 1
A = 13, B = −10

Apskaičiuokite

y(1,5) = 13·e−4,5 + (−10)·e−6 = 0,1196

Atsakymas

y(1,5) = 0,1196
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = 5

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 = e∫3/x dx = x3

Integruokite

(x3y)′ = 4x5 → x3y = 4x6/6 + C

Pradinė sąlyga

−2 = 4/6 + C → C = −2,667

Apskaičiuokite

y(2) = (4·26/6 + (−2,667))/23 = 5

Atsakymas

y(2) = 5
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: det A = 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.

Pirmosios eilutės 2×2 minorai

M₁₁ = 3, M₁₂ = −1, M₁₃ = 5

Skleidinys pagal eilutę

det A = 4·3 − 3·(−1) + (−1)·5 = 10

Atsakymas

det A = 10
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = −11,5

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.

Koeficientų matricos determinantas

det A = (−2)·2 − (−3)·2 = 2

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = (−10)·2 − (−3)·(−1) = −23
x = −23/2 = −11,5

Atsakymas

x = −11,5
y = 11
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: W = −110 J

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.

Poslinkis

d = B − A = (−1, 3, −2) − (2, 1, 5) = (−3, 2, −7) m

Darbas

W = F·d = 10·(−3) + (−5)·2 + 10·(−7) = −110 J

Atsakymas

W = −110 J

Neigiamas darbas: jėga daugiausia veikia prieš judėjimą.

6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: A = 2,872 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 = (7, −3, −4)
AC = C − A = (3, −2, −2)

Vektorinė sandauga

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = (−3)·(−2) − (−4)·(−2) = −2
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = (−4)·3 − 7·(−2) = 2
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 7·(−2) − (−3)·3 = −5
|AB × AC| = √((−2)² + 2² + (−5)²) = 5,745

Trikampio plotas

A = ½·5,745 = 2,872 m²

Atsakymas

A = 2,872 m²
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 = 5,333

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

0,5x2 = 2x → x = 0, x = 4

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [x2 − 0,1667x3]04 = 5,333

Atsakymas

A = 5,333
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: c = −84

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(2, −1) = 40
fx = 10xy² + 10x + 2y → fx(2, −1) = 38
fy = 10x²y − 12y² + 2x → fy(2, −1) = −48

Liečiamoji plokštuma

z = 40 + 38(x − 2) − 48(y + 1)
z = 38x − 48y − 84

Konstantos narys

c = −84

Atsakymas

c = −84
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: fmax = 25

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 = −(3x² − 12) = 0
fy = −(2y − 6) = 0
(2, 3), (−2, 3)

Antros eilės išvestinių testas

(2, 3): fxx = −12, fyy = −2, fxy = 0, D = 24 → lokalusis maksimumas
(−2, 3): fxx = 12, fyy = −2, fxy = 0, D = −24 → balno taškas

Reikšmė ekstremume

f(2, 3) = 25

Atsakymas

fmax = 25
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: C: Σ 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 k/2ᵏ → D’Alambero kriterijus: L = 1/2 < 1, konverguoja.
B: Σ 3/k³ → p eilutė, kai p = 3 > 1: konverguoja.
C: Σ 5/k → Harmoninės eilutės (p = 1) kartotinė: diverguoja.
D: Σ (2/5)ᵏ → Geometrinė, kai r = 2/5, |r| < 1: konverguoja.

Atsakymas

C: Σ 5/k

Atsakymas

C: Σ 5/k
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: n = 10

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.

n(n + 1)!įvertis011612162610,673245,33341202,13357200,7111650400,20327403200,0507983628800,01129936288000,00225710399168000,0004105

Įverčiai didėjant n

n = 9: 0,002257 ≥ 0,001
n = 10: 0,0004105 < 0,001

Mažiausias laipsnis

n = 10

Atsakymas

n = 10
13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: A = 1,714

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 + 8 = (s + 1)(s + 8)
F(s) = A/(s + 1) + B/(s + 8)

Uždengimo taisyklė

Padauginkite iš (s + 1) ir įrašykite s = −1: B narys išnyksta.

A = (6s + 18)/(s + 8) |s = −1 = 12/7 = 1,714

Atsakymas

A = 1,714
(B = 4,286, taigi f(t) = 1,714·e−t + 4,286·e−8t)
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: g(0.3) = 2,172

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).

Perdavimo funkcija

G(s) = Y(s)/U(s) = (s + 19)/(s² + 6s + 13)

Paprastosios trupmenos

s² + 6s + 13 = (s + 3)² + 2²
G(s) = 1·(s + 3)/((s + 3)² + 2²) + (16/2)·2/((s + 3)² + 2²)

Impulsinė reakcija

g(t) = e−3t·(cos 2t + 8·sin 2t)
g(0,3) = 2,172

Atsakymas

g(0,3) = 2,172
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: Ay = 48

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).

Įėjimų plotai

∫x dt = 4·4 = 16
∫h dt = 3·1 = 3

Išėjimo plotas

Ay = 16·3 = 48

Atsakymas

Ay = 48
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: Ym = 0,4

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)|.

Dažninė charakteristika

H(jω) = 2/(20 + jω)

Stiprinimas įėjimo dažniu

|H(j15)| = 2/√(20² + 15²) = 0,08
Ym = 5·0,08 = 0,4

Atsakymas

Ym = 0,4

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