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(2) = ?

Išspręskite y″ + 4y′ + 4y = 0, kai y(0) = 3 ir y′(0) = 1. Raskite y(2).

y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 3y′(0) = 1
y(2) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
tyy(0) = 10y(0,25) = ?

Išspręskite y″ + 4y′ + 13y = 0, kai y(0) = 10 ir y′(0) = 0 (paleista iš rimties). Raskite y(0,25); kampai radianais.

y″ + 4y′ + 13y = 0y(0) = 10y′(0) = 0
y(0.25) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−4−3401114−3

Raskite pateiktos 3×3 matricos A determinantą det A.

A = [−4 −3 4; 0 1 1; 1 4 −3]
det A =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =−65−34b =−1−6

Išspręskite sistemą −6x + 5y = −1 ir −3x + 4y = −6. Raskite x.

−6x + 5y = −1−3x + 4y = −6
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

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

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

Raskite gretasienio, kurio briaunos iš vienos viršūnės yra a = (−2, −3, 3), b = (2, 2, 3) ir c = (−5, −2, 0), tūrį V.

a = (−2, −3, 3)b = (2, 2, 3)c = (−5, −2, 0)
V =
7.IntegralaiVidutinis
xy02

Apskaičiuokite I = ∫02 2x·(x² + 1)2 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 2]
I =
8.IntegralaiSunkus
xyy = 0,5x2​y = 4x

Raskite srities, apribotos y = 0,5x2 ir y = 4x, plotą A.

y = 0,5x2y = 4x
A =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy21P

Plokštuma, liečianti z = 3xy³ + 3x³ − y² taške, kuriame (x, y) = (2, 1), gali būti užrašoma kaip z = px + qy + c. Raskite c.

f(x, y) = 3xy³ + 3x³ − y²(a, b) = (2, 1)
c =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−202−202(0, 0)(1, 1)(−1, −1)

Raskite f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy kritinius taškus, juos klasifikuokite ir nurodykite f reikšmę fmin lokaliajame minimume.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy
fmin =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ 2/kk = 1 … ∞BΣ ln k / kk = 1 … ∞CΣ 2ᵏ/k³k = 1 … ∞DΣ 1/k³k = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių konverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ 2/kB: Σ ln k / kC: Σ 2ᵏ/k³D: Σ 1/k³
  1. 1A: Σ 2/k
  2. 2B: Σ ln k / k
  3. 3C: Σ 2ᵏ/k³
  4. 4D: Σ 1/k³
12.Sekos ir eilutėsSunkus
xyfP₄−0,5

Naudokite 4 laipsnio f(x) = cos(3x) Maklorino polinomą f(−0,5) apytiksliai rasti. Pateikite P₄(−0,5).

f(x) = cos(3x)n = 4x = −0,5
P₄(−0.5) =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−5−10−15

Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = (2s + 34)/(s² + 8s + 32), ir apskaičiuokite f(0,5).

F(s) = (2s + 34)/(s² + 8s + 32)t = 0,5 s
f(0.5) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
ReIm5

Sistema aprašoma diferencialine lygtimi y″ + 2y′ + 26y = 16u, 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 = 0,4 s. Raskite g(0,4).

y″ + 2y′ + 26y = 16ut = 0,4 s
g(0.4) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t23h(t)t−13

Signalas x(t) nelygus nuliui tik tarp t = 2 s ir t = 3 s, o h(t) – tik tarp t = −1 s ir t = 3 s. Raskite laiką tend, kada y(t) = x(t) ∗ h(t) baigiasi.

x: 2 … 3 sh: −1 … 3 s
tend = s
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
δ[n]4+h[n]0,9·z⁻¹+

Sistema tenkina y[n] = 0,9·y[n − 1] + 4·x[n] ir pradeda iš ramybės būsenos. Raskite jos impulsinės charakteristikos atskaitą h[2].

y[n] = 0,9y[n − 1] + 4x[n]x[n] = δ[n]
h[2] =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = 0,3114

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 = 1 + 6 = 7

Apskaičiuokite

y(2) = (3 + 7·2)·e−4 = 0,3114

Atsakymas

y(2) = 0,3114
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.25) = 7,194

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 = −2 ± 3j

Konstantos

A = 10, B = 2·10/3 = 6,667

Apskaičiuokite

y(0,25) = e−0,5(10·cos 0,75 + 6,667·sin 0,75) = 7,194

Atsakymas

y(0,25) = 7,194
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: det A = 21

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 = −7, M₁₂ = −1, M₁₃ = −1

Skleidinys pagal eilutę

det A = (−4)·(−7) − (−3)·(−1) + 4·(−1) = 21

Atsakymas

det A = 21
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = −2,889

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 = (−6)·4 − 5·(−3) = −9

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = (−1)·4 − 5·(−6) = 26
x = 26/(−9) = −2,889

Atsakymas

x = −2,889
y = −3,667
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: θ = 57,76 °

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 = 1·5 + 5·(−1) + (−5)·(−6) = 30

Moduliai

|a| = √(1² + 5² + (−5)²) = 7,141
|b| = √(5² + (−1)² + (−6)²) = 7,874

Kampas

cos θ = 30/(7,141·7,874) = 0,5335
θ = arccos(0,5335) = 57,76°

Atsakymas

θ = 57,76°
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: V = 51

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 = 2·0 − 3·(−2) = 6
(b × c)y = bzcx − bxcz = 3·(−5) − 2·0 = −15
(b × c)z = bxcy − bycx = 2·(−2) − 2·(−5) = 6

Skaliarinė sandauga su a

a·(b × c) = (−2)·6 + (−3)·(−15) + 3·6 = 51
V = |51| = 51

Atsakymas

V = 51
7.Integralai

Atsakymas: I = 41,33

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.

Keitinys

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u2 du

Integruokite ir įstatykite rėžius

I = [u3/3]15 = (125 − 1)/3 = 41,33

Atsakymas

I = 41,33
8.Integralai

Atsakymas: A = 42,67

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

0,5x2 = 4x → x = 0, x = 8

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [2x2 − 0,1667x3]08 = 42,67

Atsakymas

A = 42,67
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: c = −65

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) = 29
fx = 3y³ + 9x² → fx(2, 1) = 39
fy = 9xy² − 2y → fy(2, 1) = 16

Liečiamoji plokštuma

z = 29 + 39(x − 2) + 16(y − 1)
z = 39x + 16y − 65

Konstantos narys

c = −65

Atsakymas

c = −65
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: fmin = −2

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

Reikšmė ekstremume

f(−1, −1) = −2

Atsakymas

fmin = −2
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: D: Σ 1/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 2/k → Harmoninės eilutės (p = 1) kartotinė: diverguoja.
B: Σ ln k / k → Didesnė už 1/k, kai k ≥ 3: diverguoja pagal palyginimą su harmonine eilute.
C: Σ 2ᵏ/k³ → D’Alambero kriterijus: L = 2 > 1, diverguoja.
D: Σ 1/k³ → p eilutė, kai p = 3 > 1: konverguoja.

Atsakymas

D: Σ 1/k³

Atsakymas

D: Σ 1/k³
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: P₄(−0.5) = 0,08594

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.

Maklorino polinomas

P₄(x) = 1 − 4,5x² + 3,375x⁴

Įstatykite

P₄(−0,5) = 1 − 1,125 + 0,210938 = 0,08594

Atsakymas

P₄(−0,5) = 0,08594

Tiksli reikšmė yra f(−0,5) = 0,0707372; paklaida −0,0152003 mažėja, kai imama daugiau narių arba taškas arčiau 0.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.5) = 0,6873

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).

Išskirkite pilnąjį kvadratą

s² + 8s + 32 = (s + 4)² + 16 = (s + 4)² + 4²

Suderinkite skaitiklį

F(s) = 2·(s + 4)/((s + 4)² + 4²) + (26/4)·4/((s + 4)² + 4²)

Atvirkštinė transformacija

f(t) = e−4t·(2·cos 4t + 6,5·sin 4t)
f(0,5) = e−4·0,5·(2·cos(4·0,5) + 6,5·sin(4·0,5)) = 0,6873

Atsakymas

f(0,5) = 0,6873
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: g(0.4) = 1,95

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).

Perdavimo funkcija

G(s) = Y(s)/U(s) = 16/(s² + 2s + 26)

Paprastosios trupmenos

s² + 2s + 26 = (s + 1)² + 5²
G(s) = (16/5)·5/((s + 1)² + 5²)

Impulsinė reakcija

g(t) = e−t·(3,2·sin 5t)
g(0,4) = 1,95

Atsakymas

g(0,4) = 1,95
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: tend = 6 s

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).

Pradžia ir pabaiga

tstart = 2 + (−1) = 1 s
tend = 3 + 3 = 6 s

Atsakymas

tend = 6 s

Atsakymas

tend = 6 s
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: h[2] = 3,24

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

h[0] = 4
h[1] = 3,6
h[2] = 3,24

Rezultatas

h[2] = 4·(0,9)2 = 3,24

Atsakymas

h[2] = 3,24

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