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(0,5) = ?

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

y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 3y′(0) = 1
y(0.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
tyK = 1ymax​ = ?

Sistema tenkina y″ + 2y′ + 17y = 17, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite jos šuolinio atsako didžiausią vertę ymax.

y″ + 2y′ + 17y = 17y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =040−3−2−243−2

Raskite pateiktos 3×3 matricos A determinantą det A.

A = [0 4 0; −3 −2 −2; 4 3 −2]
det A =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =54−5−6b =−49

Išspręskite sistemą 5x + 4y = −4 ir −5x − 6y = 9. Raskite x.

5x + 4y = −4−5x − 6y = 9
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite k reikšmę, su kuria vektoriai a = (−5, 2, 4) ir b = (−5, −3, k) yra statmeni.

a = (−5, 2, 4)b = (−5, −3, k)
k =
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

Vienetinis vektorius n̂ statmenas abiem vektoriams a = (3, 0, 1) ir b = (−3, 2, 5) ir turi teigiamą z komponentę. Raskite jo y komponentę n̂y.

a = (3, 0, 1)b = (−3, 2, 5)n̂z > 0
n̂y =
7.IntegralaiVidutinis
xy12

Apskaičiuokite I = ∫12 4/x dx.

f(x) = 4/x[1, 2]
I =
8.IntegralaiSunkus
xyy = 2x2​y = 3x

Raskite srities, apribotos y = 2x2 ir y = 3x, plotą A.

y = 2x2y = 3x
A =
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy2−2P

Plokštuma, liečianti z = 4xy³ − 2x³ − 3y² + 4xy taške, kuriame (x, y) = (2, −2), gali būti užrašoma kaip z = px + qy + c. Raskite c.

f(x, y) = 4xy³ − 2x³ − 3y² + 4xy(a, b) = (2, −2)
c =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−505−4−202AB

Pažymėti taškai yra f(x, y) = x³ − 27x + y² + 6y kritiniai taškai. Spustelėkite lokalųjį minimumą.

f(x, y) = x³ − 27x + y² + 6y
  1. 1A (−3, −3)
  2. 2B (3, −3)
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ 1/(k² + 2)k = 1 … ∞BΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞CΣ (5/4)ᵏk = 1 … ∞DΣ k!/10ᵏk = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių konverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ 1/(k² + 2)B: Σ (1 + 1/k)ᵏC: Σ (5/4)ᵏD: Σ k!/10ᵏ
  1. 1A: Σ 1/(k² + 2)
  2. 2B: Σ (1 + 1/k)ᵏ
  3. 3C: Σ (5/4)ᵏ
  4. 4D: Σ k!/10ᵏ
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = sin x taške x = 1 aproksimuojama n laipsnio Maklorino polinomu. Naudodami Lagranžo įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 1, raskite mažiausią laipsnį n, garantuojantį paklaidą, mažesnę nei 0,0001.

f(x) = sin xx = 1M = 1ε = 0,0001
n =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,5f(0,5) = ?

Paprastosiomis trupmenomis raskite f(t), kai F(s) = 50/(s(s + 1)(s + 4)), ir apskaičiuokite f(0,5).

F(s) = 50/(s(s + 1)(s + 4))t = 0,5 s
f(0.5) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Laplaso transformacija išspręskite y″ + 7y′ + 10y = 0, kai y(0) = 3 ir y′(0) = −8, ir raskite y(0,1).

y″ + 7y′ + 10y = 0y(0) = 3y′(0) = −8t = 0,1 s
y(0.1) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t4h(t)t1

Įėjimas x(t) = 4·e−5tu(t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−1tu(t). Raskite išėjimą y(1), kai t = 1 s.

x(t) = 4·e−5tu(t)h(t) = e−1tu(t)t = 1 s
y(1) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
δ(t)y′ + 0,5y = 2xh(t)

Sistema tenkina y′(t) + 0,5·y(t) = 2·x(t). Raskite jos impulsinę charakteristiką, kai t = 4 s, h(4).

y′ + 0,5y = 2xt = 4 s
h(4) =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.5) = 2,391

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.

Dviguba šaknis

(r + 2)² = 0 → r = −2

Konstantos

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 2A → B = 1 + 6 = 7

Apskaičiuokite

y(0,5) = (3 + 7·0,5)·e−1 = 2,391

Atsakymas

y(0,5) = 2,391
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: ymax = 1,456

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 = 1, r = −1 ± 4j

Konstantos pagal pradines vertes

y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −1A + 4B = 0 → B = −0,25

Smailė

t = π/4 = 0,7854
ymax = 1·(1 + e−1·π/4) = 1,456

Atsakymas

ymax = 1,456
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: det A = −56

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 = 10, M₁₂ = 14, M₁₃ = −1

Skleidinys pagal eilutę

det A = 0·10 − 4·14 + 0·(−1) = −56

Atsakymas

det A = −56
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = 1,2

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 = 5·(−6) − 4·(−5) = −10

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = (−4)·(−6) − 4·9 = −12
x = −12/(−10) = 1,2

Atsakymas

x = 1,2
y = −2,5
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: k = −4,75

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·(−3) + 4·k = 0
19 + 4·k = 0

Išspręskite k atžvilgiu

k = −19/4 = −4,75

Atsakymas

k = −4,75
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: n̂y = −0,9435

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 = 0·5 − 1·2 = −2
(a × b)y = azbx − axbz = 1·(−3) − 3·5 = −18
(a × b)z = axby − aybx = 3·2 − 0·(−3) = 6

Normalizuokite

a × b z komponentė jau teigiama.

|a × b| = √((−2)² + (−18)² + 6²) = 19,08
n̂ = (−2, −18, 6)/19,08 = (−0,1048, −0,9435, 0,3145)
n̂y = −0,9435

Atsakymas

n̂y = −0,9435
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) = 4·ln x

Įstatykite rėžius

I = 4·(ln 2 − ln 1) = 4·ln 2 = 2,773

Atsakymas

I = 2,773
8.Integralai

Atsakymas: A = 1,125

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.

Susikirtimo taškai

2x2 = 3x → x = 0, x = 1,5

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [1,5x2 − 0,6667x3]01,5 = 1,125

Atsakymas

A = 1,125
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: c = 252

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, −2) = −108
fx = 4y³ − 6x² + 4y → fx(2, −2) = −64
fy = 12xy² − 6y + 4x → fy(2, −2) = 116

Liečiamoji plokštuma

z = −108 − 64(x − 2) + 116(y + 2)
z = −64x + 116y + 252

Konstantos narys

c = 252

Atsakymas

c = 252
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: B (3, −3)

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

Taškas

B (3, −3): lokalusis minimumas

Atsakymas

B (3, −3)
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: A: Σ 1/(k² + 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/(k² + 2) → Mažesnė už 1/k², konverguojančią p eilutę: konverguoja pagal palyginimo kriterijų.
B: Σ (1 + 1/k)ᵏ → Nariai artėja prie e, o ne prie 0: diverguoja pagal būtinąją sąlygą.
C: Σ (5/4)ᵏ → Geometrinė, kai r = 5/4 > 1: nariai auga, todėl diverguoja.
D: Σ k!/10ᵏ → D’Alambero kriterijus: L = lim (k + 1)/10 = ∞, diverguoja.

Atsakymas

A: Σ 1/(k² + 2)

Atsakymas

A: Σ 1/(k² + 2)
12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: n = 7

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.

n(n + 1)!įvertis011120,5260,16673240,0416741200,00833357200,001389650400,00019847403202,48 × 10⁻⁵

Įverčiai didėjant n

n = 6: 0,0001984 ≥ 0,0001
n = 7: 2,48 × 10⁻⁵ < 0,0001

Mažiausias laipsnis

n = 7

Atsakymas

n = 7
13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.5) = 2,955

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 + 4)
A = 50/(1·4) = 12,5
B = 50/((−1)·3) = −16,67
C = 50/((−4)·(−3)) = 4,167

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 12,5 − 16,67·e−t + 4,167·e−4t

Apskaičiuokite

f(0,5) = 12,5 − 16,67·e−0,5 + 4,167·e−4·0,5 = 2,955

Atsakymas

f(0,5) = 2,955
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.1) = 2,315

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

s²Y − 3s − (−8) + 7(sY − 3) + 10Y = 0
Y(s) = (3s + 13)/((s + 2)(s + 5))

Paprastosios trupmenos

A = 7/3 = 2,333
B = −2/(−3) = 0,6667

Rezultatas

y(t) = 2,333·e−2t + 0,6667·e−5t
y(0,1) = 2,315

Atsakymas

y(0,1) = 2,315

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

15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(1) = 0,3611

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−(5 − 1)τ dτ = 4(e−1t − e−5t)/(4)

Apskaičiuokite

y(1) = 4·(0,3679 − 0,006738)/(4) = 0,3611

Atsakymas

y(1) = 0,3611
16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: h(4) = 0,2707

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)|.

Perdavimo funkcija

H(s) = Y(s)/X(s) = 2/(s + 0,5)

Impulsinė reakcija

h(t) = 2·e−0,5tu(t)
h(4) = 2·e−2 = 0,2707

Atsakymas

h(4) = 0,2707

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