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) = ?

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

y″ + 3y′ + 2y = 0y(0) = 3y′(0) = 0
y(1) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
tyK = 2ymax​ = ?

Sistema tenkina y″ + 2y′ + 26y = 52, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite jos šuolinio atsako didžiausią vertę ymax.

y″ + 2y′ + 26y = 52y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =4−33−1B =31−2−6

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

A = [4 −3; 3 −1]B = [3 1; −2 −6]
c11 =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =1−321b =2−5

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

x − 3y = 22x + y = −5
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite vektorių a = (1, −1, 0) ir b = (−3, 6, 5) skaliarinę sandaugą a·b.

a = (1, −1, 0)b = (−3, 6, 5)
a·b =
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

Vienetinis vektorius n̂ statmenas abiem vektoriams a = (5, 5, −4) ir b = (4, 3, −4) ir turi teigiamą z komponentę. Raskite jo y komponentę n̂y.

a = (5, 5, −4)b = (4, 3, −4)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegralaiVidutinis
xy14

Apskaičiuokite I = ∫14 2/x dx.

f(x) = 2/x[1, 4]
I =
8.IntegralaiSunkus
xy1y = xy = x²

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

y = xy = x²
V =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy1−2∇fP

Kai f(x, y) = −3x³y² + 5x³ + 4y³ + 4xy, raskite didžiausią f kitimo greitį taške (1, −2), t. y. |∇f|.

f(x, y) = −3x³y² + 5x³ + 4y³ + 4xyP = (1, −2)
|∇f| =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy2

Naudodami polines koordinates apskaičiuokite I = ∬R √(x² + y²) dA, kur R yra skritulys x² + y² ≤ 4.

f = √(x² + y²)0 ≤ r ≤ 20 ≤ θ ≤ 2π
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ 1/(2ᵏ + k)k = 1 … ∞BΣ ln k / kk = 1 … ∞CΣ k!/2ᵏk = 1 … ∞DΣ 5/kk = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių konverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ 1/(2ᵏ + k)B: Σ ln k / kC: Σ k!/2ᵏD: Σ 5/k
  1. 1A: Σ 1/(2ᵏ + k)
  2. 2B: Σ ln k / k
  3. 3C: Σ k!/2ᵏ
  4. 4D: Σ 5/k
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = eˣ aproksimuojama 4 laipsnio Maklorino polinomu taške x = 0,8. Naudodami Lagranžo paklaidos įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = e0,8 = 2,226, raskite didžiausią galimą paklaidą |R₄|.

f(x) = eˣn = 4x = 0,8M = 2,226
|R₄| =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−2−4−6−824

Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = (s + 7)/(s² + 6s + 25), ir apskaičiuokite f(0,4).

F(s) = (s + 7)/(s² + 6s + 25)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Sistema tenkina y″ + 7y′ + 10y = 10·u(t), kai y(0) = 2 ir y′(0) = 0. Ties t = 0 pridedamas šuolinis įėjimas u(t) = 1. Laplaso transformacija raskite y(0,25).

y″ + 7y′ + 10y = 10·u(t)y(0) = 2y′(0) = 0u(t) = 1t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t2h(t)t1

Įėjimas x(t) = 2·e−1tu(t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−5tu(t). Raskite išėjimą y(0,25), kai t = 0,25 s.

x(t) = 2·e−1tu(t)h(t) = e−5tu(t)t = 0,25 s
y(0.25) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
5cos(20t)h(t) = 5e−10t​u(t)y(t)

Įėjimas x(t) = 5·cos(20t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = 5·e−10tu(t). Raskite nusistovėjusio išėjimo amplitudę Ym.

h(t) = 5e−10tu(t)x(t) = 5cos(20t)
Ym =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1) = 1,801

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 + 2) = 0 → r = −1, −2

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 3, −1A − 2B = 0
A = 6, B = −3

Apskaičiuokite

y(1) = 6·e−1 + (−3)·e−2 = 1,801

Atsakymas

y(1) = 1,801
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: ymax = 3,067

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 = −1 ± 5j

Konstantos pagal pradines vertes

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −1A + 5B = 0 → B = −0,4

Smailė

t = π/5 = 0,6283
ymax = 2·(1 + e−1·π/5) = 3,067

Atsakymas

ymax = 3,067
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c11 = 18

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 = 4·3 + (−3)·(−2) = 18

Atsakymas

c11 = 18
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = −1,857

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 = 1·1 − (−3)·2 = 7

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = 2·1 − (−3)·(−5) = −13
x = −13/7 = −1,857

Atsakymas

x = −1,857
y = −1,286
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: a·b = −9

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 = 1·(−3) + (−1)·6 + 0·5 = (−3) + (−6) + 0 = −9

Atsakymas

a·b = −9

Neigiama: kampas tarp vektorių didesnis nei 90°.

6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: n̂y = −0,3904

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·(−4) − (−4)·3 = −8
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·4 − 5·(−4) = 4
(a × b)z = axby − aybx = 5·3 − 5·4 = −5

Normalizuokite

a × b z komponentė neigiama, todėl naudokite −(a × b).

|a × b| = √((−8)² + 4² + (−5)²) = 10,25
n̂ = −(−8, 4, −5)/10,25 = (0,7807, −0,3904, 0,488)
n̂y = −0,3904

Atsakymas

n̂y = −0,3904
7.Integralai

Atsakymas: I = 2,773

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) = 2·ln x

Įstatykite rėžius

I = 2·(ln 4 − ln 1) = 2·ln 4 = 2,773

Atsakymas

I = 2,773
8.Integralai

Atsakymas: V = 0,4189

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 = 1x² → x = 0, x = 1

Žiedų metodas

V = π∫₀1 ((1x)² − (1x²)²) dx

Integruokite

V = π(1·1³/3 − 1·1⁵/5) = π·0,1333 = 0,4189

Atsakymas

V = 0,4189
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: |∇f| = 70,26

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 = −9x²y² + 15x² + 4y → fx(1, −2) = −29
fy = −6x³y + 12y² + 4x → fy(1, −2) = 64

Gradiento ilgis

|∇f| = √((−29)² + 64²) = 70,26

Atsakymas

|∇f| = 70,26
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 16,76

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 ∫02 r·r dr dθ

Integruokite

∫ r·r dr = [r³/3]
I = 16,76

Atsakymas

I = 16,76
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: A: Σ 1/(2ᵏ + 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/(2ᵏ + k) → Mažesnė už (1/2)ᵏ, konverguojančią geometrinę eilutę: konverguoja pagal palyginimo kriterijų.
B: Σ ln k / k → Didesnė už 1/k, kai k ≥ 3: diverguoja pagal palyginimą su harmonine eilute.
C: Σ k!/2ᵏ → D’Alambero kriterijus: L = lim (k + 1)/2 = ∞, diverguoja.
D: Σ 5/k → Harmoninės eilutės (p = 1) kartotinė: diverguoja.

Atsakymas

A: Σ 1/(2ᵏ + k)

Atsakymas

A: Σ 1/(2ᵏ + k)
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: |R₄| = 0,006077

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 = e0,8 = 2,226

Lagranžo įvertis

|R₄| ≤ 2,226·0,8⁵/5! = 0,006077

Atsakymas

|R₄| = 0,006077

Tikroji paklaida mažesnė: |f(0,8) − P₄(0,8)| = 0,003141.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.4) = 0,2923

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 + 6s + 25 = (s + 3)² + 16 = (s + 3)² + 4²

Suderinkite skaitiklį

F(s) = 1·(s + 3)/((s + 3)² + 4²) + (4/4)·4/((s + 3)² + 4²)

Atvirkštinė transformacija

f(t) = e−3t·(cos 4t + sin 4t)
f(0,4) = e−3·0,4·(cos(4·0,4) + sin(4·0,4)) = 0,2923

Atsakymas

f(0,4) = 0,2923
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.25) = 1,82

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

(s² + 7s + 10)·Y(s) = 2s + 14 + 10/s
Y(s) = (2s² + 14s + 10)/(s(s + 2)(s + 5))

Paprastosios trupmenos

A = 10/(2·5) = 1
B = −10/((−2)·3) = 1,667
C = −10/((−5)·(−3)) = −0,6667

Rezultatas

y(t) = 1 + 1,667·e−2t − 0,6667·e−5t
y(0,25) = 1,82

Atsakymas

y(0,25) = 1,82

Patikra: y(0) = A + B + C = 2.

15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(0.25) = 0,2461

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).

Sąsūkos integralas

y(t) = 2e−5t∫₀ᵗ e−(1 − 5)τ dτ = 2(e−5t − e−1t)/(−4)

Apskaičiuokite

y(0,25) = 2·(0,2865 − 0,7788)/(−4) = 0,2461

Atsakymas

y(0,25) = 0,2461
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: Ym = 1,118

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) = 5/(10 + jω)

Stiprinimas įėjimo dažniu

|H(j20)| = 5/√(10² + 20²) = 0,2236
Ym = 5·0,2236 = 1,118

Atsakymas

Ym = 1,118

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