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
t (min)T (°C)21Ta​14 °C7 °C

3 °C gaiviojo gėrimo skardinė išimama iš šaldytuvo į 26 °C kambarį. Po 21 min temperatūra yra 14 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kiek laiko nuo pradžios, t, reikia, kad temperatūra pasiektų 7 °C?

T0 = 3 °CTa = 26 °CT(21) = 14 °CT = 7 °C
t = min
2.Diferencialinės lygtysSunkus
ty2y(2) = ?

Išspręskite y′ + 3y = 8e−0,5t su y(0) = 1. Raskite y(2).

y′ + 3y = 8e−0,5ty(0) = 1
y(2) =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =44−45B =3466

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

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

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

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

Raskite k reikšmę, su kuria vektoriai a = (−5, −2, 1) ir b = (−5, k, −5) yra statmeni.

a = (−5, −2, 1)b = (−5, k, −5)
k =
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

Vienetinis vektorius n̂ statmenas abiem vektoriams a = (−3, 5, −2) ir b = (−2, 5, −5) ir turi teigiamą z komponentę. Raskite jo x komponentę n̂x.

a = (−3, 5, −2)b = (−2, 5, −5)n̂z > 0
n̂x =
7.IntegralaiVidutinis
xy1y = x·cos x

Apskaičiuokite I = ∫₀1 x·cos x dx (x radianais).

∫₀1 x·cos x dx
I =
8.IntegralaiSunkus
xy1y = x²eˣ

Apskaičiuokite I = ∫₀1 x²·eˣ dx.

∫₀1 x²eˣ dx
I =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy−2−1P

Plokštuma, liečianti z = xy² − 3x³ − 4y² − 3xy taške, kuriame (x, y) = (−2, −1), gali būti užrašoma kaip z = px + qy + c. Raskite c.

f(x, y) = xy² − 3x³ − 4y² − 3xy(a, b) = (−2, −1)
c =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−505−2024(3, 3)(−3, 3)

Raskite f(x, y) = −x³ + 27x − y² + 6y kritinius taškus, juos klasifikuokite ir nurodykite f reikšmę fmax lokaliajame maksimume.

f(x, y) = −x³ + 27x − y² + 6y
fmax =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
k|aₖ|¹ᐟᵏ123456789101112

Taikykite Koši šaknies kriterijų eilutei Σk=1∞ ((2k + 6)/(3k + 3))ᵏ. Raskite L = lim |ak|1/k.

ak = ((2k + 6)/(3k + 3))ᵏ
L =
12.Sekos ir eilutėsSunkus
xyfP₂−0,4

Naudokite 2 laipsnio f(x) = ln(1 + x) Maklorino polinomą f(−0,4) apytiksliai rasti. Pateikite P₂(−0,4).

f(x) = ln(1 + x)n = 2x = −0,4
P₂(−0.4) =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−5−10−15−20−25

Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = (s + 23)/(s² + 8s + 20), ir apskaičiuokite f(0,3).

F(s) = (s + 23)/(s² + 8s + 20)t = 0,3 s
f(0.3) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,6y(0,6) = ?

Sistema tenkina y″ + 8y′ + 12y = 36·u(t), kai y(0) = 2 ir y′(0) = 0. Ties t = 0 pridedamas šuolinis įėjimas u(t) = 1. Laplaso transformacija raskite y(0,6).

y″ + 8y′ + 12y = 36·u(t)y(0) = 2y′(0) = 0u(t) = 1t = 0,6 s
y(0.6) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t0,510h(t)t1

Impulsas x(t) = 10, kai 0 ≤ t < 0.5 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−1tu(t). Raskite išėjimą y(2,5), kai t = 2,5 s, jau pasibaigus impulsui.

x(t) = 10, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−1tu(t)t = 2,5 s
y(2.5) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
x(t)t (ms)1020401−1

Stačiakampė banga kinta tarp +1 ir −1, jos periodas T = 20 ms (pusę periodo kiekviename lygyje). Raskite jos Furjė dedamosios, kurios dažnis 250 Hz, amplitudę c5.

±1T = 20 msf = 250 Hz
c5 =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: t = 6,167 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.

Aušimo konstanta

k = ln(-23/-12)/21 = 0,03098 min⁻¹

Laikas iki tikslinės temperatūros

t = ln(-23/(−19))/0,03098 = 6,167 min

Atsakymas

t = 6,167 min
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = 1,172

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 = e3t
(e3ty)′ = 8e2,5t

Bendrasis sprendinys

y = 8/2,5·e−0,5t + C·e−3t = 3,2·e−0,5t + C·e−3t

Pradinė sąlyga

1 = 3,2 + C → C = −2,2

Apskaičiuokite

y(2) = 3,2·0,3679 + (−2,2)·0,002479 = 1,172

Atsakymas

y(2) = 1,172
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: c11 = 36

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 + 4·6 = 36

Atsakymas

c11 = 36
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = 1,091

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 = 6·(−3) − (−3)·(−5) = −33

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = 6·(−3) − (−3)·(−6) = −36
x = −36/(−33) = 1,091

Atsakymas

x = 1,091
y = 0,1818
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: k = 10

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 lygi nuliui

a·b = (−5)·(−5) + (−2)·k + 1·(−5) = 0
20 + (−2)·k = 0

Išspręskite k atžvilgiu

k = −20/(−2) = 10

Atsakymas

k = 10
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: n̂x = 0,7788

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·(−5) − (−2)·5 = −15
(a × b)y = azbx − axbz = (−2)·(−2) − (−3)·(−5) = −11
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·5 − 5·(−2) = −5

Normalizuokite

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

|a × b| = √((−15)² + (−11)² + (−5)²) = 19,26
n̂ = −(−15, −11, −5)/19,26 = (0,7788, 0,5711, 0,2596)
n̂x = 0,7788

Atsakymas

n̂x = 0,7788
7.Integralai

Atsakymas: I = 0,3818

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

(1·sin 1 + cos 1) − (0 + 1) = 0,3818

Atsakymas

I = 0,3818
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: c = −34

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.

Reikšmė ir nuolydžiai taške

f(−2, −1) = 12
fx = y² − 9x² − 3y → fx(−2, −1) = −32
fy = 2xy − 8y − 3x → fy(−2, −1) = 18

Liečiamoji plokštuma

z = 12 − 32(x + 2) + 18(y + 1)
z = −32x + 18y − 34

Konstantos narys

c = −34

Atsakymas

c = −34
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: fmax = 63

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 − 27) = 0
fy = −(2y − 6) = 0
(3, 3), (−3, 3)

Antros eilės išvestinių testas

(3, 3): fxx = −18, fyy = −2, fxy = 0, D = 36 → lokalusis maksimumas
(−3, 3): fxx = 18, fyy = −2, fxy = 0, D = −36 → balno taškas

Reikšmė ekstremume

f(3, 3) = 63

Atsakymas

fmax = 63
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: L = 0,6667

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.

Narių šaknis

|ak|1/k = (2k + 6)/(3k + 3) → 2/3

Išvada

L = 0,6667 < 1

Atsakymas

L = 0,6667

L < 1, todėl eilutė konverguoja.

12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: P₂(−0.4) = −0,48

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

P₂(x) = x − 0,5x²

Įstatykite

P₂(−0,4) = −0,4 − 0,08 = −0,48

Atsakymas

P₂(−0,4) = −0,48

Tiksli reikšmė yra f(−0,4) = −0,510826; paklaida −0,0308256 mažėja, kai imama daugiau narių arba taškas arčiau 0.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.3) = 1,864

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 + 8s + 20 = (s + 4)² + 4 = (s + 4)² + 2²

Suderinkite skaitiklį

F(s) = 1·(s + 4)/((s + 4)² + 2²) + (19/2)·2/((s + 4)² + 2²)

Atvirkštinė transformacija

f(t) = e−4t·(cos 2t + 9,5·sin 2t)
f(0,3) = e−4·0,3·(cos(2·0,3) + 9,5·sin(2·0,3)) = 1,864

Atsakymas

f(0,3) = 1,864
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.6) = 2,562

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 + 8s + 12)·Y(s) = 2s + 16 + 36/s
Y(s) = (2s² + 16s + 36)/(s(s + 2)(s + 6))

Paprastosios trupmenos

A = 36/(2·6) = 3
B = 12/((−2)·4) = −1,5
C = 12/((−6)·(−4)) = 0,5

Rezultatas

y(t) = 3 − 1,5·e−2t + 0,5·e−6t
y(0,6) = 2,562

Atsakymas

y(0,6) = 2,562

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

15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(2.5) = 0,5325

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(0,5) = (10/1)(1 − e−0,5) = 3,935

Mažėjimas po impulso

y(2,5) = 3,935·e−1·2 = 0,5325

Atsakymas

y(2,5) = 0,5325
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: c5 = 0,2546

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 = 50 Hz → k = 250/50 = 5

Amplitudė

c5 = 4·1/(5π) = 0,2546

Atsakymas

c5 = 0,2546

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