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(2) = ?

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

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

Sistema tenkina y″ + 4y′ + 13y = 26, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite y(0,25); kampai radianais.

y″ + 4y′ + 13y = 26y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.25) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−4−55−1B =−2−54−5

Tegu C = AB pateiktoms matricoms. Raskite elementą c22 (eilutė 2, stulpelis 2).

A = [−4 −5; 5 −1]B = [−2 −5; 4 −5]
c22 =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =−2536b =43

Išspręskite sistemą −2x + 5y = 4 ir 3x + 6y = 3. Raskite x.

−2x + 5y = 43x + 6y = 3
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite vektorių a = (7, −5, 0) ir b = (−3, −7, 5) skaliarinę sandaugą a·b.

a = (7, −5, 0)b = (−3, −7, 5)
a·b =
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzrFOA

Jėga F = (60, 10, −60) N veikia taške A(−3, −1, −2). Koordinatės pateiktos metrais. Raskite jėgos momento taško koordinačių pradžia O(0, 0, 0) atžvilgiu modulį |M|.

F = (60, 10, −60) NA(−3, −1, −2) mO(0, 0, 0) m
|M| = N·m
7.IntegralaiVidutinis
xy02

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

f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 2]
I =
8.IntegralaiSunkus
xy2y = xy = 0,5x²

Sritis tarp tiesės y = x ir parabolės y = 0,5x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.

y = xy = 0,5x²
V =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy−10,5∇fP

Kai f(x, y) = 2y·exy, raskite didžiausią f kitimo greitį taške (−1, 0,5), t. y. |∇f|.

f(x, y) = 2y·exyP = (−1, 0,5)
|∇f| =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xyx = 0,8y = x0,8

Integralo I = ∫00,8 ∫y0,8 sin(x²) dx dy šia tvarka apskaičiuoti negalima. Pakeiskite integravimo tvarką ir apskaičiuokite jį.

f = sin(x²)0 ≤ y ≤ x ≤ 0,8
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
xx₀ = −1??R

Laipsninė eilutė Σk=1∞ 5ᵏ·(x + 1)ᵏ/(k + 1) konverguoja intervale aplink x₀ = −1. Raskite to intervalo kairįjį galą x.

Σ 5ᵏ·(x + 1)ᵏ/(k + 1)x₀ = −1
x =
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = eˣ aproksimuojama 2 laipsnio Maklorino polinomu taške x = −0,5. Naudodami Lagranžo paklaidos įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 1, raskite didžiausią galimą paklaidą |R₂|.

f(x) = eˣn = 2x = −0,5M = 1
|R₂| =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,6f(0,6) = ?

Raskite f(t), kai F(s) = (3s + 21)/(s² + 6s + 9), ir apskaičiuokite f(0,6).

F(s) = (3s + 21)/(s² + 6s + 9)t = 0,6 s
f(0.6) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

Laplaso transformacija išspręskite y″ + 7y′ + 12y = 0, kai y(0) = 8 ir y′(0) = 5, ir raskite y(0,3).

y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 8y′(0) = 5t = 0,3 s
y(0.3) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t22h(t)t1

Impulsas x(t) = 2, kai 0 ≤ t < 2 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−1tu(t). Raskite išėjimą y(3,5), kai t = 3,5 s, jau pasibaigus impulsui.

x(t) = 2, 0 ≤ t < 2 sh(t) = e−1tu(t)t = 3,5 s
y(3.5) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
δ[n]3+h[n]0,6·z⁻¹+

Sistema tenkina y[n] = 0,6·y[n − 1] + 3·x[n] ir pradeda iš ramybės būsenos. Raskite jos impulsinės charakteristikos atskaitą h[3].

y[n] = 0,6y[n − 1] + 3x[n]x[n] = δ[n]
h[3] =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = 0,6692

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 + 1)(r + 3) = 0 → r = −1, −3

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 2, −1A − 3B = 4
A = 5, B = −3

Apskaičiuokite

y(2) = 5·e−2 + (−3)·e−6 = 0,6692

Atsakymas

y(2) = 0,6692
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.25) = 0,5612

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.

Nusistovėjusi vertė ir šaknys

yss = 2, r = −2 ± 3j

Konstantos pagal pradines vertes

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −2A + 3B = 0 → B = −1,333

Apskaičiuokite

y(0,25) = 2·(1 − e−0,5(cos 0,75 + 0,6667·sin 0,75)) = 0,5612

Atsakymas

y(0,25) = 0,5612
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c22 = −20

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

c22 = 5·(−5) + (−1)·(−5) = −20

Atsakymas

c22 = −20
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = −0,3333

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)·6 − 5·3 = −27

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = 4·6 − 5·3 = 9
x = 9/(−27) = −0,3333

Atsakymas

x = −0,3333
y = 0,6667
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: a·b = 14

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.

Sudauginkite atitinkamas komponentes ir sudėkite

a·b = 7·(−3) + (−5)·(−7) + 0·5 = (−21) + 35 + 0 = 14

Atsakymas

a·b = 14

Teigiama: kampas tarp vektorių mažesnis nei 90°.

6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: |M| = 311,9 N·m

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.

Padėties vektorius iš O į A

r = A − O = (−3, −1, −2) − (0, 0, 0) = (−3, −1, −2) m

Momentas M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−1)·(−60) − (−2)·10 = 80 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−2)·60 − (−3)·(−60) = −300 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−3)·10 − (−1)·60 = 30 N·m

Modulis

|M| = √(80² + (−300)² + 30²) = 311,9 N·m

Atsakymas

|M| = 311,9 N·m
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: V = 3,351

Sukimosi kūnų tūriai: sritį po kreive y = f(x) nuo x = a iki x = b sukant apie x ašį, gaunamas kūnas, kurio pjūvis ties x yra skritulys, kurio spindulys f(x). Sudėjus skritulius, gaunama V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Kai sritis yra tarp išorinės kreivės R(x) ir vidinės kreivės r(x), kiekvienas sluoksnis yra žiedas: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Spindulius pakelkite kvadratu prieš atimdami.

Susikirtimo taškai

1x = 0,5x² → x = 0, x = 2

Žiedų metodas

V = π∫₀2 ((1x)² − (0,5x²)²) dx

Integruokite

V = π(1·2³/3 − 0,25·2⁵/5) = π·1,067 = 3,351

Atsakymas

V = 3,351
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: |∇f| = 0,6781

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.

Dalinės išvestinės

fx = 2y²exy → fx(−1, 0,5) = 0,3033
fy = 2exy(1 + xy) → fy(−1, 0,5) = 0,6065

Gradiento ilgis

|∇f| = √(0,3033² + 0,6065²) = 0,6781

Atsakymas

|∇f| = 0,6781
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 0,09895

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).

Sritis

0 ≤ y ≤ x, 0 ≤ x ≤ 0,8

Pakeista tvarka

I = ∫00,8 ∫0x sin(x²) dy dx = ∫00,8 x·sin(x²) dx

Keitinys u = x²

I = [−cos(x²)/2]00,8 = 0,09895

Atsakymas

I = 0,09895
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: x = −1,2

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.

Koeficientai

ck/ck+1 = (1/5)·(k + 2)/(k + 1) → 0,2

Spindulys

R = 0,2

Intervalas

−1,2 < x < −0,8
x = −1,2

Atsakymas

x = −1,2

D’Alambero kriterijus nieko nesako apie du galinius taškus; juos reikia tikrinti atskirai.

12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: |R₂| = 0,02083

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

|R₂| ≤ 1·0,5³/3! = 0,02083

Atsakymas

|R₂| = 0,02083

Tikroji paklaida mažesnė: |f(−0,5) − P₂(−0,5)| = 0,01847.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.6) = 1,686

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 + 6s + 9 = (s + 3)²

Paprastosios trupmenos

3s + 21 = 3(s + 3) + 12
F(s) = 3/(s + 3) + 12/(s + 3)²

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 3·e−3t + 12·t·e−3t
f(0,6) = (3 + 12·0,6)·e−3·0,6 = 1,686

Atsakymas

f(0,6) = 1,686
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.3) = 6,308

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 − 8s − 5 + 7(sY − 8) + 12Y = 0
Y(s) = (8s + 61)/((s + 3)(s + 4))

Paprastosios trupmenos

A = 37/1 = 37
B = 29/(−1) = −29

Rezultatas

y(t) = 37·e−3t − 29·e−4t
y(0,3) = 6,308

Atsakymas

y(0,3) = 6,308

Patikra: y(0) = A + B = 8.

15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(3.5) = 0,3859

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).

Išėjimas impulso pabaigoje

y(2) = (2/1)(1 − e−2) = 1,729

Mažėjimas po impulso

y(3,5) = 1,729·e−1·1,5 = 0,3859

Atsakymas

y(3,5) = 0,3859
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: h[3] = 0,648

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] = 3
h[1] = 1,8
h[2] = 1,08
h[3] = 0,648

Rezultatas

h[3] = 3·(0,6)3 = 0,648

Atsakymas

h[3] = 0,648

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