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) = 5y(0,5) = ?

Išspręskite y″ + 5y′ + 4y = 0, kai y(0) = 5 ir y′(0) = 1. Raskite y(0,5).

y″ + 5y′ + 4y = 0y(0) = 5y′(0) = 1
y(0.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
t (min)m (kg)t = ?19 kg

Talpoje yra 100 L vandens, kuriame ištirpinta 10 kg druskos. Sūrymas, kurio litre yra 0,25 kg druskos, įteka 20 L/min greičiu, o gerai išmaišytas tirpalas tokiu pat greičiu išteka. Po kiek minučių t talpoje bus 19 kg druskos?

V = 100 Lm0 = 10 kgc = 0,25 kg/Lr = 20 L/min
t = min
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−14−31−15−30−3

Raskite pateiktos 3×3 matricos A determinantą det A.

A = [−1 4 −3; 1 −1 5; −3 0 −3]
det A =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =1−4−50

Raskite pateiktos matricos A didesnę tikrinę reikšmę λ.

A = [1 −4; −5 0]
λ =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzdFAB

Pastovi jėga F = (30, −25, 15) N veikia kūną, kuris tiesiai juda iš taško A(5, −5, 2) į tašką B(4, 2, −2). Koordinatės pateiktos metrais. Raskite jėgos atliktą darbą W.

F = (30, −25, 15) NA(5, −5, 2) mB(4, 2, −2) m
W = J
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzrFOA

Jėga F = (−40, 20, 30) N veikia taške A(1, 2, −3). Koordinatės pateiktos metrais. Raskite jėgos momento taško taškas O(−3, 1, 1) atžvilgiu z komponentę Mz.

F = (−40, 20, 30) NA(1, 2, −3) mO(−3, 1, 1) m
Mz = N·m
7.IntegralaiVidutinis
xy02

Apskaičiuokite I = ∫02 e−x dx.

f(x) = e−x[0, 2]
I =
8.IntegralaiSunkus
xy1y = x²eˣ

Apskaičiuokite I = ∫₀1 x²·eˣ dx.

∫₀1 x²eˣ dx
I =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy−2024−6−4−20vP

Kai f(x, y) = x²y³ + 2x³ − 2y² − 4xy, raskite išvestinę kryptimi Duf taške (1, −2) vektoriaus v = (2, −4) kryptimi.

f(x, y) = x²y³ + 2x³ − 2y² − 4xyP = (1, −2)v = (2, −4)
Duf =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−202−202(0, 0)(2, 2)(−2, −2)

Raskite f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy kritinius taškus, juos klasifikuokite ir nurodykite f reikšmę fmin lokaliajame minimume.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy
fmin =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ (−1)ᵏ/√kk = 1 … ∞BΣ (1/3)ᵏk = 1 … ∞CΣ 1/k⁴k = 1 … ∞DΣ (4k + 1)/(k + 2)k = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių diverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ (−1)ᵏ/√kB: Σ (1/3)ᵏC: Σ 1/k⁴D: Σ (4k + 1)/(k + 2)
  1. 1A: Σ (−1)ᵏ/√k
  2. 2B: Σ (1/3)ᵏ
  3. 3C: Σ 1/k⁴
  4. 4D: Σ (4k + 1)/(k + 2)
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = ln(1 + x) aproksimuojama 4 laipsnio Maklorino polinomu taške x = 0,2. Naudodami Lagranžo paklaidos įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 4! = 24, raskite didžiausią galimą paklaidą |R₄|.

f(x) = ln(1 + x)n = 4x = 0,2M = 24
|R₄| =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,6f(0,6) = ?

Paprastosiomis trupmenomis raskite f(t), kai F(s) = 60/(s(s + 1)(s + 6)), ir apskaičiuokite f(0,6).

F(s) = 60/(s(s + 1)(s + 6))t = 0,6 s
f(0.6) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Sistema tenkina y″ + 4y′ + 3y = 3·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(0,2).

y″ + 4y′ + 3y = 3·u(t)u(t) = 2y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t4h(t)t1

Įėjimas x(t) = 4·e−2tu(t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−1tu(t). Raskite išėjimą y(2), kai t = 2 s.

x(t) = 4·e−2tu(t)h(t) = e−1tu(t)t = 2 s
y(2) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
δ[n]2+h[n]0,8·z⁻¹+

Sistema tenkina y[n] = 0,8·y[n − 1] + 2·x[n] ir pradeda iš ramybės būsenos. Raskite jos impulsinės charakteristikos atskaitą h[3].

y[n] = 0,8y[n − 1] + 2x[n]x[n] = δ[n]
h[3] =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.5) = 3,975

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 + 4) = 0 → r = −1, −4

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 5, −1A − 4B = 1
A = 7, B = −2

Apskaičiuokite

y(0,5) = 7·e−0,5 + (−2)·e−2 = 3,975

Atsakymas

y(0,5) = 3,975
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: t = 4,581 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.

Rezultatas

m(t) = 25 + (−15)·e−t/5

Išspręskite t atžvilgiu

e−t/5 = (25 − 19)/(25 − 10) = 0,4
t = 5·ln(2,5) = 4,581 min

Atsakymas

t = 4,581 min
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: det A = −42

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 = 3, M₁₂ = 12, M₁₃ = −3

Skleidinys pagal eilutę

det A = (−1)·3 − 4·12 + (−3)·(−3) = −42

Atsakymas

det A = −42
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: λ = 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.

Charakteringoji lygtis

λ² − (1)λ + (−20) = 0

Išspręskite

λ = (1 ± √(81))/2 → λ = −4, 5
λ = 5

Atsakymas

λ = 5
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: W = −265 J

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.

Poslinkis

d = B − A = (4, 2, −2) − (5, −5, 2) = (−1, 7, −4) m

Darbas

W = F·d = 30·(−1) + (−25)·7 + 15·(−4) = −265 J

Atsakymas

W = −265 J

Neigiamas darbas: jėga daugiausia veikia prieš judėjimą.

6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: Mz = 120 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 = (1, 2, −3) − (−3, 1, 1) = (4, 1, −4) m

Momentas M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 1·30 − (−4)·20 = 110 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−4)·(−40) − 4·30 = 40 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = 4·20 − 1·(−40) = 120 N·m

Prašoma komponentė

Mz = 120 N·m

Atsakymas

Mz = 120 N·m
7.Integralai

Atsakymas: I = 0,8647

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) = e−x/(−1)

Įstatykite rėžius

I = (e−2 − 1)/(−1) = (0,1353 − 1)/(−1) = 0,8647

Atsakymas

I = 0,8647
8.Integralai

Atsakymas: I = 0,7183

Integravimas dalimis: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, išplaukia iš sandaugos diferencijavimo taisyklės. Kaip u rinkitės dauginamąjį, kuris diferencijuojant tampa paprastesnis (x laipsnį ar ln x), o kaip dv – dauginamąjį, kurį galite suintegruoti (eˣ, sin x, cos x arba x, kai u = ln x). Apibrėžtiniam integralui u·v apskaičiuokite abiejose ribose: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Dauginamajam x² reikia dviejų ciklų.

Pirmasis ciklas

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Antrasis ciklas

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Ribos

2,718·(1) − 1·2 = 0,7183

Atsakymas

I = 0,7183
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: Duf = −15,21

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.

Gradientas taške

fx = 2xy³ + 6x² − 4y → fx(1, −2) = −2
fy = 3x²y² − 4y − 4x → fy(1, −2) = 16

Vienetinis vektorius

|v| = √(2² + (−4)²) = 4,472
u = (0,4472, −0,8944)

Skaliarinė sandauga

Duf = (−2)·0,4472 + 16·(−0,8944) = −15,21

Atsakymas

Duf = −15,21
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: fmin = −32

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 − 16y = 0
fy = 4y³ − 16x = 0
(0, 0), (2, 2), (−2, −2)

Antros eilės išvestinių testas

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −16, D = −256 → balno taškas
(2, 2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → lokalusis minimumas
(−2, −2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → lokalusis minimumas

Reikšmė ekstremume

f(−2, −2) = −32

Atsakymas

fmin = −32
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: D: Σ (4k + 1)/(k + 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.

Patikrinkite kiekvieną eilutę

A: Σ (−1)ᵏ/√k → Alternuojanti, 1/√k mažėja iki 0: konverguoja (sąlygiškai).
B: Σ (1/3)ᵏ → Geometrinė, kai r = 1/3, |r| < 1: konverguoja.
C: Σ 1/k⁴ → p eilutė, kai p = 4 > 1: konverguoja.
D: Σ (4k + 1)/(k + 2) → Nariai artėja prie 4, o ne prie 0: diverguoja pagal būtinąją sąlygą.

Atsakymas

D: Σ (4k + 1)/(k + 2)

Atsakymas

D: Σ (4k + 1)/(k + 2)
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: |R₄| = 6,4 × 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 = 4! = 24

Lagranžo įvertis

|R₄| ≤ 24·0,2⁵/5! = 6,4 × 10⁻⁵

Atsakymas

|R₄| = 6,4 × 10⁻⁵

Tikroji paklaida mažesnė: |f(0,2) − P₄(0,2)| = 5,489 × 10⁻⁵.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.6) = 3,469

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).

Paprastosios trupmenos

F(s) = A/s + B/(s + 1) + C/(s + 6)
A = 60/(1·6) = 10
B = 60/((−1)·5) = −12
C = 60/((−6)·(−5)) = 2

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 10 − 12·e−t + 2·e−6t

Apskaičiuokite

f(0,6) = 10 − 12·e−0,6 + 2·e−6·0,6 = 3,469

Atsakymas

f(0,6) = 3,469
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.2) = 0,09262

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) = 6/(s(s + 1)(s + 3))

Paprastosios trupmenos

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

Išskirta

y(t) = 2 − 3·e−t + e−3t
y(0,2) = 0,09262

Atsakymas

y(0,2) = 0,09262
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(2) = 0,4681

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

Apskaičiuokite

y(2) = 4·(0,1353 − 0,01832)/(1) = 0,4681

Atsakymas

y(2) = 0,4681
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: h[3] = 1,024

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] = 2
h[1] = 1,6
h[2] = 1,28
h[3] = 1,024

Rezultatas

h[3] = 2·(0,8)3 = 1,024

Atsakymas

h[3] = 1,024

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