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(1) = ?

Išspręskite y″ + 7y′ + 12y = 0, kai y(0) = 2 ir y′(0) = -4. Raskite y(1).

y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 2y′(0) = -4
y(1) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
xy13(1, 3)y(3) = ?

Išspręskite Koši uždavinį y′ + 2y/x = 2x2, kai x > 0, su y(1) = 3. Raskite y(3).

y′ + 2y/x = 2x2y(1) = 3
y(3) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =−5−5−1−1B =−1−3−45

Tegu C = AB pateiktoms matricoms. Raskite elementą c12 (eilutė 1, stulpelis 2).

A = [−5 −5; −1 −1]B = [−1 −3; −4 5]
c12 =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =52−30

Raskite pateiktos matricos A didesnę tikrinę reikšmę λ.

A = [5 2; −3 0]
λ =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzdFAB

Pastovi jėga F = (−5, −20, 15) N veikia kūną, kuris tiesiai juda iš taško A(−2, 1, −5) į tašką B(−5, −2, 4). Koordinatės pateiktos metrais. Raskite jėgos atliktą darbą W.

F = (−5, −20, 15) NA(−2, 1, −5) mB(−5, −2, 4) m
W = J
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

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

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

Apskaičiuokite I = ∫₀π/2 x·sin x dx (x radianais).

∫₀π/2 x·sin x dx
I =
8.IntegralaiSunkus
xy−22

Raskite srities tarp parabolės y = 4 − x² ir x ašies plotą A.

y = 4 − x²
A =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy−4−2002PQ

Kai f(x, y) = x²y³ − 5y² + 2xy, raskite išvestinę kryptimi Duf taške P(−2, 1) link Q(−1, 1).

f(x, y) = x²y³ − 5y² + 2xyP = (−2, 1)Q = (−1, 1)
Duf =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−202−2024(1, 3)(−1, 3)

Raskite f(x, y) = x³ − 3x + y² − 6y kritinius taškus, juos klasifikuokite ir nurodykite f reikšmę fmin lokaliajame minimume.

f(x, y) = x³ − 3x + y² − 6y
fmin =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
kSn​12345678910S = ?

Raskite sumą S = Σk=1∞ 4/(k(k + 2)).

ak = 4/(k(k + 2))
S =
12.Sekos ir eilutėsSunkus
xyfP₅2,5

Naudokite 5 laipsnio f(x) = sin x Maklorino polinomą f(2,5) apytiksliai rasti. Pateikite P₅(2,5).

f(x) = sin xn = 5x = 2,5
P₅(2.5) =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,25f(0,25) = ?

Raskite f(t), kai F(s) = (5s + 13)/(s² + 10s + 25), ir apskaičiuokite f(0,25).

F(s) = (5s + 13)/(s² + 10s + 25)t = 0,25 s
f(0.25) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,75y(0,75) = ?

Sistema tenkina y″ + 4y′ + 3y = 6·u(t), kai y(0) = 3 ir y′(0) = 0. Ties t = 0 pridedamas šuolinis įėjimas u(t) = 1. Laplaso transformacija raskite y(0,75).

y″ + 4y′ + 3y = 6·u(t)y(0) = 3y′(0) = 0u(t) = 1t = 0,75 s
y(0.75) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t25h(t)t1

Impulsas x(t) = 5, kai 0 ≤ t < 2 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−5tu(t). Raskite išėjimą y(4), kai t = 4 s, jau pasibaigus impulsui.

x(t) = 5, 0 ≤ t < 2 sh(t) = e−5tu(t)t = 4 s
y(4) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
x(t)t (ms)12410

Stačiakampė banga kinta tarp 10 ir 0, jos periodas T = 2 ms (pusę periodo kiekviename lygyje). Raskite jos Furjė dedamosios, kurios dažnis 1500 Hz, amplitudę c3.

0 … 10T = 2 msf = 1500 Hz
c3 =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1) = 0,1625

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 = 2, −3A − 4B = -4
A = 4, B = −2

Apskaičiuokite

y(1) = 4·e−3 + (−2)·e−4 = 0,1625

Atsakymas

y(1) = 0,1625
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(3) = 11,09

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∫2/x dx = x2

Integruokite

(x2y)′ = 2x4 → x2y = 2x5/5 + C

Pradinė sąlyga

3 = 2/5 + C → C = 2,6

Apskaičiuokite

y(3) = (2·35/5 + 2,6)/32 = 11,09

Atsakymas

y(3) = 11,09
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c12 = −10

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

c12 = (−5)·(−3) + (−5)·5 = −10

Atsakymas

c12 = −10
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: λ = 3

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 − (5)λ + (6) = 0

Išspręskite

λ = (5 ± √(1))/2 → λ = 2, 3
λ = 3

Atsakymas

λ = 3
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: W = 210 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 = (−5, −2, 4) − (−2, 1, −5) = (−3, −3, 9) m

Darbas

W = F·d = (−5)·(−3) + (−20)·(−3) + 15·9 = 210 J

Atsakymas

W = 210 J
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: n̂y = −0,2936

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 = (−4)·(−4) − 2·(−3) = 22
(a × b)y = azbx − axbz = 2·3 − (−4)·(−4) = −10
(a × b)z = axby − aybx = (−4)·(−3) − (−4)·3 = 24

Normalizuokite

a × b z komponentė jau teigiama.

|a × b| = √(22² + (−10)² + 24²) = 34,06
n̂ = (22, −10, 24)/34,06 = (0,6459, −0,2936, 0,7047)
n̂y = −0,2936

Atsakymas

n̂y = −0,2936
7.Integralai

Atsakymas: I = 1

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 = sin x dx, v = −cos x

Pirmykštė funkcija

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

Ribos

(−π/2·cos π/2 + sin π/2) − (0 + 0) = 1

Atsakymas

I = 1
8.Integralai

Atsakymas: A = 10,67

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.

Nuliai

4 − x² = 0 → x = ±2

Integruokite

A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67

Atsakymas

A = 10,67
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: Duf = −2

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 + 2y → fx(−2, 1) = −2
fy = 3x²y² − 10y + 2x → fy(−2, 1) = −2

Vienetinis vektorius

|v| = √(1² + 0²) = 1
u = (1, 0)

Skaliarinė sandauga

Duf = (−2)·1 + (−2)·0 = −2

Atsakymas

Duf = −2
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: fmin = −11

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 = (3x² − 3) = 0
fy = (2y − 6) = 0
(1, 3), (−1, 3)

Antros eilės išvestinių testas

(1, 3): fxx = 6, fyy = 2, fxy = 0, D = 12 → lokalusis minimumas
(−1, 3): fxx = −6, fyy = 2, fxy = 0, D = −12 → balno taškas

Reikšmė ekstremume

f(1, 3) = −11

Atsakymas

fmin = −11
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: S = 3

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.

Paprastosios trupmenos

4/(k(k + 2)) = (4/2)·(1/k − 1/(k + 2))

Atšaukti

S = (4/2)·(1 + 1/2) = 3

Atsakymas

S = 3
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: P₅(2.5) = 0,7096

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.

Maklorino polinomas

P₅(x) = x − 0,1667x³ + 0,008333x⁵

Įstatykite

P₅(2,5) = 2,5 − 2,604167 + 0,813802 = 0,7096

Atsakymas

P₅(2,5) = 0,7096

Tiksli reikšmė yra f(2,5) = 0,598472; paklaida −0,111163 mažėja, kai imama daugiau narių arba taškas arčiau 0.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.25) = 0,573

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

5s + 13 = 5(s + 5) + −12
F(s) = 5/(s + 5) − 12/(s + 5)²

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 5·e−5t − 12·t·e−5t
f(0,25) = (5 − 12·0,25)·e−5·0,25 = 0,573

Atsakymas

f(0,25) = 0,573
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.75) = 2,656

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 + 4s + 3)·Y(s) = 3s + 12 + 6/s
Y(s) = (3s² + 12s + 6)/(s(s + 1)(s + 3))

Paprastosios trupmenos

A = 6/(1·3) = 2
B = −3/((−1)·2) = 1,5
C = −3/((−3)·(−2)) = −0,5

Rezultatas

y(t) = 2 + 1,5·e−t − 0,5·e−3t
y(0,75) = 2,656

Atsakymas

y(0,75) = 2,656

Patikra: y(0) = A + B + C = 3.

15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(4) = 4,54 × 10⁻⁵

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) = (5/5)(1 − e−10) = 1

Mažėjimas po impulso

y(4) = 1·e−5·2 = 4,54 × 10⁻⁵

Atsakymas

y(4) = 4,54 × 10⁻⁵
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: c3 = 2,122

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)|.

Harmonikos numeris

f₀ = 1/T = 500 Hz → k = 1500/500 = 3

Amplitudė

c3 = 4·5/(3π) = 2,122

Atsakymas

c3 = 2,122

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