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)27Ta​22 °C

6 °C gaiviojo gėrimo skardinė išimama iš šaldytuvo į 25 °C kambarį. Po 27 min temperatūra yra 22 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Raskite konstantą k min⁻¹.

T0 = 6 °CTa = 25 °CT(27) = 22 °C
k = min⁻¹
2.Diferencialinės lygtysSunkus
tyy(0) = 2y(0,5) = ?

Išspręskite y″ + 2y′ + 17y = 0, kai y(0) = 2 ir y′(0) = 0 (paleista iš rimties). Raskite y(0,5); kampai radianais.

y″ + 2y′ + 17y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(0.5) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−1−6−30B =−4−110

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

A = [−1 −6; −3 0]B = [−4 −1; 1 0]
c12 =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =46−8−10

Raskite pateiktos matricos A didesnę tikrinę reikšmę λ.

A = [4 6; −8 −10]
λ =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite k reikšmę, su kuria vektoriai a = (−4, 0, 1) ir b = (−3, −3, k) yra statmeni.

a = (−4, 0, 1)b = (−3, −3, k)
k =
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

Raskite lygiagretainio, sudaryto vektorių a = (1, −5, 2) ir b = (0, −5, −6), plotą A.

a = (1, −5, 2)b = (0, −5, −6)
A =
7.IntegralaiVidutinis
xy26

Apskaičiuokite I = ∫26 4/x dx.

f(x) = 4/x[2, 6]
I =
8.IntegralaiSunkus
xyy = x2​y = 4x

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

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

z = 3 sin(−3x + 3y), kai x = 3t + 2 ir y = t² + 2. Sudėtinės funkcijos taisykle raskite dz/dt, kai t = 2.

z = 3 sin(−3x + 3y)x = 3t + 2y = t² + 2t = 2
dz/dt =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy1

Naudodami polines koordinates apskaičiuokite I = ∬R e−(x² + y²) dA, kur R yra skritulys x² + y² ≤ 1.

f = e−(x² + y²)0 ≤ r ≤ 10 ≤ θ ≤ 2π
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ (4/3)ᵏk = 1 … ∞BΣ 3ᵏ/k²k = 1 … ∞CΣ k/(k + 4)k = 1 … ∞DΣ 5/k³k = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių konverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ (4/3)ᵏB: Σ 3ᵏ/k²C: Σ k/(k + 4)D: Σ 5/k³
  1. 1A: Σ (4/3)ᵏ
  2. 2B: Σ 3ᵏ/k²
  3. 3C: Σ k/(k + 4)
  4. 4D: Σ 5/k³
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = cos 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) = cos xn = 4x = 0,3M = 1
|R₄| =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,2f(0,2) = ?

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

F(s) = (3s + 3)/(s² + 8s + 16)t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Sistema tenkina y″ + 9y′ + 18y = 9·u(t). Ji pradeda iš rimties (y(0) = 0, y′(0) = 0), o įėjimas yra šuolis u(t) = 2, kai t ≥ 0. Laplaso transformacija raskite išėjimą y(0,25).

y″ + 9y′ + 18y = 9·u(t)u(t) = 2y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t14h(t)t35

Impulsas x(t) = 4, kai 0 ≤ t < 1 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios impulsinė charakteristika h(t) = 5, kai 0 ≤ t < 3 s (kitur nulis). Raskite išėjimą y(3,5), kai t = 3,5 s.

x(t) = 4, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 5, 0 ≤ t < 3 st = 3,5 s
y(3.5) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
x(t)t (ms)15105

Impulsų seka turi aukštį 5, impulso plotį 1 ms ir periodą 5 ms. Raskite 1-osios harmonikos, kurios dažnis 200 Hz, amplitudę c1.

A = 5τ = 1 msT = 5 ms
c1 =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: k = 0,06836 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−27k = -3/-19

Išspręskite k atžvilgiu

k = ln(-19/-3)/27 = 0,06836 min⁻¹

Atsakymas

k = 0,06836 min⁻¹
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.5) = −0,2291

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.

Kompleksinės šaknys

r = −1 ± 4j

Konstantos

A = 2, B = 1·2/4 = 0,5

Apskaičiuokite

y(0,5) = e−0,5(2·cos 2 + 0,5·sin 2) = −0,2291

Atsakymas

y(0,5) = −0,2291
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c12 = 1

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 = (−1)·(−1) + (−6)·0 = 1

Atsakymas

c12 = 1
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 − (−6)λ + (8) = 0

Išspręskite

λ = (−6 ± √(4))/2 → λ = −4, −2
λ = −2

Atsakymas

λ = −2
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: k = −12

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 lygi nuliui

a·b = (−4)·(−3) + 0·(−3) + 1·k = 0
12 + 1·k = 0

Išspręskite k atžvilgiu

k = −12/1 = −12

Atsakymas

k = −12
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: A = 40,76

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 = (−5)·(−6) − 2·(−5) = 40
(a × b)y = azbx − axbz = 2·0 − 1·(−6) = 6
(a × b)z = axby − aybx = 1·(−5) − (−5)·0 = −5

Plotas

A = |a × b| = √(40² + 6² + (−5)²) = 40,76

Atsakymas

A = 40,76
7.Integralai

Atsakymas: I = 4,394

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) = 4·ln x

Įstatykite rėžius

I = 4·(ln 6 − ln 2) = 4·ln 3 = 4,394

Atsakymas

I = 4,394
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.

Susikirtimo taškai

x2 = 4x → x = 0, x = 4

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [2x2 − 0,3333x3]04 = 10,67

Atsakymas

A = 10,67
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: dz/dt = 8,642

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(2) = 8, y(2) = 6
dx/dt = 3, dy/dt = 2t = 4

Dalinės išvestinės

fx = −9 cos(−3x + 3y) = −8,642
fy = 9 cos(−3x + 3y) = 8,642

Grandinės taisyklė

dz/dt = (−8,642)·3 + 8,642·4 = 8,642

Atsakymas

dz/dt = 8,642
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 1,986

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).

Polinė forma

I = ∫02π ∫01 e−r²·r dr dθ

Integruokite

∫ e−r²·r dr = [−e−r²/2]
I = 1,986

Atsakymas

I = 1,986
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: D: Σ 5/k³

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 (4/3)ᵏ → Geometrinė, kai r = 4/3 > 1: nariai auga, todėl diverguoja.
B: Σ 3ᵏ/k² → D’Alambero kriterijus: L = 3 > 1, diverguoja.
C: Σ k/(k + 4) → Nariai artėja prie 1, o ne prie 0: diverguoja pagal būtinąją sąlygą.
D: Σ 5/k³ → p eilutė, kai p = 3 > 1: konverguoja.

Atsakymas

D: Σ 5/k³

Atsakymas

D: Σ 5/k³
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)| = 1,011 × 10⁻⁶.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.2) = 0,5392

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

3s + 3 = 3(s + 4) + −9
F(s) = 3/(s + 4) − 9/(s + 4)²

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 3·e−4t − 9·t·e−4t
f(0,2) = (3 − 9·0,2)·e−4·0,2 = 0,5392

Atsakymas

f(0,2) = 0,5392
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.25) = 0,2784

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) = 18/(s(s + 3)(s + 6))

Paprastosios trupmenos

A = 18/(3·6) = 1
B = 18/((−3)·3) = −2
C = 18/((−6)·(−3)) = 1

Išskirta

y(t) = 1 − 2·e−3t + e−6t
y(0,25) = 0,2784

Atsakymas

y(0,25) = 0,2784
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(3.5) = 10

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 ∈ [0,5, 1] → ilgis 0,5 s

Integralas

y(3,5) = 4·5·0,5 = 10

Atsakymas

y(3,5) = 10

y(t) yra trapecija: ji kyla nuo 0, išlieka ties 20 ir krinta iki 0, kai t = 4 s.

16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: c1 = 1,871

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)|.

Pildymo koeficientas

D = 1/5 = 0,2

Harmonikos amplitudė

c1 = (2·5/(1π))·|sin(1π·0,2)| = 1,871

Atsakymas

c1 = 1,871

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