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(1,5) = ?

Išspręskite y″ + 7y′ + 12y = 0, kai y(0) = 3 ir y′(0) = -4. Raskite y(1,5).

y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 3y′(0) = -4
y(1.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
tyy(0) = 5y(0,75) = ?

Išspręskite y″ + 2y′ + 10y = 0, kai y(0) = 5 ir y′(0) = 0 (paleista iš rimties). Raskite y(0,75); kampai radianais.

y″ + 2y′ + 10y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(0.75) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−3542−11−501

Raskite pateiktos 3×3 matricos A determinantą det A.

A = [−3 5 4; 2 −1 1; −5 0 1]
det A =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =56−7−8

Raskite pateiktos matricos A didesnę tikrinę reikšmę λ.

A = [5 6; −7 −8]
λ =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite kampą θ tarp vektorių a = (−3, 4, 1) ir b = (−5, −5, 0) laipsniais.

a = (−3, 4, 1)b = (−5, −5, 0)
θ = °
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

Vienetinis vektorius n̂ statmenas abiem vektoriams a = (−1, 2, −3) ir b = (4, −1, 4) ir turi teigiamą z komponentę. Raskite jo x komponentę n̂x.

a = (−1, 2, −3)b = (4, −1, 4)n̂z > 0
n̂x =
7.IntegralaiVidutinis
xyπ/3y = x·cos x

Apskaičiuokite I = ∫₀π/3 x·cos x dx (x radianais).

∫₀π/3 x·cos x dx
I =
8.IntegralaiSunkus
xy1y = 2xy = 2x²

Sritis tarp tiesės y = 2x ir parabolės y = 2x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.

y = 2xy = 2x²
V =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy05−4−20vP

Kai f(x, y) = −x²y³ + x² − 4y² − 4xy, raskite išvestinę kryptimi Duf taške (3, −2) vektoriaus v = (−3, 3) kryptimi.

f(x, y) = −x²y³ + x² − 4y² − 4xyP = (3, −2)v = (−3, 3)
Duf =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xyx = 4y = 3x412

Apskaičiuokite I = ∬T (4x − 2y) dA trikampyje T, ribojamame y = 0, x = 4 ir y = 3x.

f = 4x − 2y0 ≤ x ≤ 40 ≤ y ≤ 3x
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞BΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞CΣ ln k / kk = 1 … ∞DΣ 1/√kk = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių konverguoja. Spustelėkite ją.

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

Raskite koeficientą c₄ prie (x − 2)⁴ funkcijos f(x) = e2x Teiloro eilutėje taško a = 2 aplinkoje.

f(x) = e2xa = 2k = 4
c₄ =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,6f(0,6) = ?

Raskite f(t), kai F(s) = (5s + 30)/(s² + 4s + 4), ir apskaičiuokite f(0,6).

F(s) = (5s + 30)/(s² + 4s + 4)t = 0,6 s
f(0.6) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,4y(0,4) = ?

Sistema tenkina y″ + 3y′ + 2y = 4·u(t). Ji pradeda iš rimties (y(0) = 0, y′(0) = 0), o įėjimas yra šuolis u(t) = 10, kai t ≥ 0. Laplaso transformacija raskite išėjimą y(0,4).

y″ + 3y′ + 2y = 4·u(t)u(t) = 10y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,4 s
y(0.4) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t−21h(t)t12

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

x: −2 … 1 sh: 1 … 2 s
tend = s
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
u[n]4+y[n]−0,8·z⁻¹+

Sistema tenkina y[n] = −0,8·y[n − 1] + 4·x[n] ir pradeda iš ramybės būsenos. Įėjimas yra vienetinis šuolis x[n] = u[n]. Raskite y[5].

y[n] = −0,8y[n − 1] + 4x[n]x[n] = u[n]
y[5] =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1.5) = 0,07648

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 + 3)(r + 4) = 0 → r = −3, −4

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 3, −3A − 4B = -4
A = 8, B = −5

Apskaičiuokite

y(1,5) = 8·e−4,5 + (−5)·e−6 = 0,07648

Atsakymas

y(1,5) = 0,07648
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.75) = −0,8711

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 = −1 ± 3j

Konstantos

A = 5, B = 1·5/3 = 1,667

Apskaičiuokite

y(0,75) = e−0,75(5·cos 2,25 + 1,667·sin 2,25) = −0,8711

Atsakymas

y(0,75) = −0,8711
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: det A = −52

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 = −1, M₁₂ = 7, M₁₃ = −5

Skleidinys pagal eilutę

det A = (−3)·(−1) − 5·7 + 4·(−5) = −52

Atsakymas

det A = −52
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: λ = −1

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 − (−3)λ + (2) = 0

Išspręskite

λ = (−3 ± √(1))/2 → λ = −2, −1
λ = −1

Atsakymas

λ = −1
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: θ = 97,97 °

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)·(−5) + 4·(−5) + 1·0 = −5

Moduliai

|a| = √((−3)² + 4² + 1²) = 5,099
|b| = √((−5)² + (−5)² + 0²) = 7,071

Kampas

cos θ = −5/(5,099·7,071) = −0,1387
θ = arccos(−0,1387) = 97,97°

Atsakymas

θ = 97,97°
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: n̂x = −0,4256

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 = 2·4 − (−3)·(−1) = 5
(a × b)y = azbx − axbz = (−3)·4 − (−1)·4 = −8
(a × b)z = axby − aybx = (−1)·(−1) − 2·4 = −7

Normalizuokite

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

|a × b| = √(5² + (−8)² + (−7)²) = 11,75
n̂ = −(5, −8, −7)/11,75 = (−0,4256, 0,681, 0,5959)
n̂x = −0,4256

Atsakymas

n̂x = −0,4256
7.Integralai

Atsakymas: I = 0,4069

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.

Pasirinkite u ir dv

u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x

Pirmykštė funkcija

∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x

Ribos

(π/3·sin π/3 + cos π/3) − (0 + 1) = 0,4069

Atsakymas

I = 0,4069
8.Integralai

Atsakymas: V = 1,676

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

2x = 2x² → x = 0, x = 1

Žiedų metodas

V = π∫₀1 ((2x)² − (2x²)²) dx

Integruokite

V = π(4·1³/3 − 4·1⁵/5) = π·0,5333 = 1,676

Atsakymas

V = 1,676
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: Duf = −117,4

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 + 2x − 4y → fx(3, −2) = 62
fy = −3x²y² − 8y − 4x → fy(3, −2) = −104

Vienetinis vektorius

|v| = √((−3)² + 3²) = 4,243
u = (−0,7071, 0,7071)

Skaliarinė sandauga

Duf = 62·(−0,7071) + (−104)·0,7071 = −117,4

Atsakymas

Duf = −117,4
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 64

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).

Ribos

0 ≤ x ≤ 4, 0 ≤ y ≤ 3x

Vidinis integralas

∫03x (4x − 2y) dy = 4x·3x − 2·(3x)²/2 = 3x²

Išorinis integralas

I = 3·4³/3 = 64

Atsakymas

I = 64
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: A: Σ (−1)ᵏ/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/k → Alternuojanti, 1/k mažėja iki 0: konverguoja (sąlygiškai).
B: Σ (1 + 1/k)ᵏ → Nariai artėja prie e, o ne prie 0: diverguoja pagal būtinąją sąlygą.
C: Σ ln k / k → Didesnė už 1/k, kai k ≥ 3: diverguoja pagal palyginimą su harmonine eilute.
D: Σ 1/√k → p eilutė, kai p = 1/2 ≤ 1: diverguoja.

Atsakymas

A: Σ (−1)ᵏ/k

Atsakymas

A: Σ (−1)ᵏ/k
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: c₄ = 36,4

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⁽⁴⁾

f⁽⁴⁾(x) = 2⁴·e2x

Koeficientas

c₄ = 2⁴·e4/4! = 36,4
c₄ = 36,4

Atsakymas

c₄ = 36,4
13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.6) = 5,12

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 + 4s + 4 = (s + 2)²

Paprastosios trupmenos

5s + 30 = 5(s + 2) + 20
F(s) = 5/(s + 2) + 20/(s + 2)²

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 5·e−2t + 20·t·e−2t
f(0,6) = (5 + 20·0,6)·e−2·0,6 = 5,12

Atsakymas

f(0,6) = 5,12
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.4) = 2,174

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) = 40/(s(s + 1)(s + 2))

Paprastosios trupmenos

A = 40/(1·2) = 20
B = 40/((−1)·1) = −40
C = 40/((−2)·(−1)) = 20

Išskirta

y(t) = 20 − 40·e−t + 20·e−2t
y(0,4) = 2,174

Atsakymas

y(0,4) = 2,174
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: tend = 3 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 = 1 + 2 = 3 s

Atsakymas

tend = 3 s

Atsakymas

tend = 3 s
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y[5] = 1,64

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

y[0] = 4
y[1] = 0,8
y[2] = 3,36
y[3] = 1,312
y[4] = 2,95
y[5] = 1,64

Rezultatas

y[5] = 4·(1 − (−0,8)6)/(1 − (−0,8)) = 1,64

Atsakymas

y[5] = 1,64

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