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)7Ta​14 °C11 °C

5 °C gaiviojo gėrimo skardinė išimama iš šaldytuvo į 28 °C kambarį. Po 7 min temperatūra yra 14 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kiek laiko nuo pradžios, t, reikia, kad temperatūra pasiektų 11 °C?

T0 = 5 °CTa = 28 °CT(7) = 14 °CT = 11 °C
t = min
2.Diferencialinės lygtysSunkus
xy12(1, 4)y(2) = ?

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

y′ + y/x = 4xy(1) = 4
y(2) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =4−35−5B =1−531

Tegu C = AB pateiktoms matricoms. Raskite elementą c11 (eilutė 1, stulpelis 1).

A = [4 −3; 5 −5]B = [1 −5; 3 1]
c11 =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =−5646b =−2−12

Išspręskite sistemą −5x + 6y = −2 ir 4x + 6y = −12. Raskite x.

−5x + 6y = −24x + 6y = −12
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite kampą θ tarp vektorių a = (3, −6, 6) ir b = (2, 6, −6) laipsniais.

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

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

A(0, 4, 3)B(4, −4, −2)C(2, 1, 0)
A = m²
7.IntegralaiVidutinis
xy01

Apskaičiuokite I = ∫01 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 1]
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

z = sin(x + 3y), kai x = 3t + 1 ir y = −t². Sudėtinės funkcijos taisykle raskite dz/dt, kai t = 2.

z = sin(x + 3y)x = 3t + 1y = −t²t = 2
dz/dt =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−202−2024(1, 3)(−1, 3)

f(x, y) = x³ − 3x + y² − 6y turi kritinį tašką (1, 3). Apskaičiuokite jame diskriminantą D = fxxfyy − fxy².

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

Lygiai viena iš keturių eilučių konverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ 1/kB: Σ (5k + 1)/(k + 2)C: Σ 3ᵏ/k³D: Σ (2/5)ᵏ
  1. 1A: Σ 1/k
  2. 2B: Σ (5k + 1)/(k + 2)
  3. 3C: Σ 3ᵏ/k³
  4. 4D: Σ (2/5)ᵏ
12.Sekos ir eilutėsSunkus

Raskite koeficientą c₂ prie (x − 2)² funkcijos f(x) = e2x Teiloro eilutėje taško a = 2 aplinkoje.

f(x) = e2xa = 2k = 2
c₂ =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,2f(0,2) = ?

Raskite f(t), kai F(s) = (2s + 17)/(s² + 10s + 25), ir apskaičiuokite f(0,2).

F(s) = (2s + 17)/(s² + 10s + 25)t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Laplaso transformacija išspręskite y″ + 8y′ + 12y = 0, kai y(0) = 4 ir y′(0) = −5, ir raskite y(0,1).

y″ + 8y′ + 12y = 0y(0) = 4y′(0) = −5t = 0,1 s
y(0.1) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t34h(t)t22

Impulsas x(t) = 4, kai 0 ≤ t < 3 s, sąsukamas su impulsu h(t) = 2, kai 0 ≤ t < 2 s. Raskite plotą Ay po y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 4, 0 ≤ t < 3 sh(t) = 2, 0 ≤ t < 2 s
Ay =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
x(t)t (ms)0,3122

Impulsų seka turi aukštį 2, impulso plotį 0,3 ms ir periodą 1 ms. Raskite jos pastoviąją dedamąją (vidutinę reikšmę) c0.

A = 2τ = 0,3 msT = 1 ms
c0 =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: t = 4,262 min

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.

Aušimo konstanta

k = ln(-23/-14)/7 = 0,07092 min⁻¹

Laikas iki tikslinės temperatūros

t = ln(-23/(−17))/0,07092 = 4,262 min

Atsakymas

t = 4,262 min
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = 6,667

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∫1/x dx = x1

Integruokite

(x1y)′ = 4x2 → x1y = 4x3/3 + C

Pradinė sąlyga

4 = 4/3 + C → C = 2,667

Apskaičiuokite

y(2) = (4·23/3 + 2,667)/21 = 6,667

Atsakymas

y(2) = 6,667
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c11 = −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.

Eilutė kart stulpelis

c11 = 4·1 + (−3)·3 = −5

Atsakymas

c11 = −5
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = −1,111

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 = (−5)·6 − 6·4 = −54

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = (−2)·6 − 6·(−12) = 60
x = 60/(−54) = −1,111

Atsakymas

x = −1,111
y = −1,259
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: θ = 147,3 °

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 + (−6)·6 + 6·(−6) = −66

Moduliai

|a| = √(3² + (−6)² + 6²) = 9
|b| = √(2² + 6² + (−6)²) = 8,718

Kampas

cos θ = −66/(9·8,718) = −0,8412
θ = arccos(−0,8412) = 147,3°

Atsakymas

θ = 147,3°
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: A = 5,025 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 = (4, −8, −5)
AC = C − A = (2, −3, −3)

Vektorinė sandauga

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = (−8)·(−3) − (−5)·(−3) = 9
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = (−5)·2 − 4·(−3) = 2
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 4·(−3) − (−8)·2 = 4
|AB × AC| = √(9² + 2² + 4²) = 10,05

Trikampio plotas

A = ½·10,05 = 5,025 m²

Atsakymas

A = 5,025 m²
7.Integralai

Atsakymas: I = 3,195

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 = (e2 − 1)/2 = (7,389 − 1)/2 = 3,195

Atsakymas

I = 3,195
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: dz/dt = −2,553

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) = 7, y(2) = −4
dx/dt = 3, dy/dt = −2t = −4

Dalinės išvestinės

fx = 1 cos(x + 3y) = 0,2837
fy = 3 cos(x + 3y) = 0,851

Grandinės taisyklė

dz/dt = 0,2837·3 + 0,851·(−4) = −2,553

Atsakymas

dz/dt = −2,553
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: D = 12

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).

Antros eilės išvestinės

fxx = 6, fyy = 2, fxy = 0

Diskriminantas

D = 6·2 − 0² = 12
→ lokalusis minimumas

Atsakymas

D = 12
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: D: 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 → Harmoninės eilutės (p = 1) kartotinė: diverguoja.
B: Σ (5k + 1)/(k + 2) → Nariai artėja prie 5, o ne prie 0: diverguoja pagal būtinąją sąlygą.
C: Σ 3ᵏ/k³ → D’Alambero kriterijus: L = 3 > 1, diverguoja.
D: Σ (2/5)ᵏ → Geometrinė, kai r = 2/5, |r| < 1: konverguoja.

Atsakymas

D: Σ (2/5)ᵏ

Atsakymas

D: Σ (2/5)ᵏ
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: c₂ = 109,2

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) = 2²·e2x

Koeficientas

c₂ = 2²·e4/2! = 109,2
c₂ = 109,2

Atsakymas

c₂ = 109,2
13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.2) = 1,251

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 + 10s + 25 = (s + 5)²

Paprastosios trupmenos

2s + 17 = 2(s + 5) + 7
F(s) = 2/(s + 5) + 7/(s + 5)²

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 2·e−5t + 7·t·e−5t
f(0,2) = (2 + 7·0,2)·e−5·0,2 = 1,251

Atsakymas

f(0,2) = 1,251
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.1) = 3,477

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

s²Y − 4s − (−5) + 8(sY − 4) + 12Y = 0
Y(s) = (4s + 27)/((s + 2)(s + 6))

Paprastosios trupmenos

A = 19/4 = 4,75
B = 3/(−4) = −0,75

Rezultatas

y(t) = 4,75·e−2t − 0,75·e−6t
y(0,1) = 3,477

Atsakymas

y(0,1) = 3,477

Patikra: y(0) = A + B = 4.

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 = 4·3 = 12
∫h dt = 2·2 = 4

Išėjimo plotas

Ay = 12·4 = 48

Atsakymas

Ay = 48
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: c0 = 0,6

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 = 0,3/1 = 0,3

Vidutinė reikšmė

c₀ = 2·0,3 = 0,6

Atsakymas

c0 = 0,6

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