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(1,5) = ?

Išspręskite y″ + 7y′ + 10y = 0, kai y(0) = 5 ir y′(0) = 0. Raskite y(1,5).

y″ + 7y′ + 10y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(1.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
tyK = 2ymax​ = ?

Sistema tenkina y″ + 2y′ + 26y = 52, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite jos šuolinio atsako didžiausią vertę ymax.

y″ + 2y′ + 26y = 52y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.Matricos ir determinantaiVidutinis
A =42055−1−4−2−5

Raskite pateiktos 3×3 matricos A determinantą det A.

A = [4 2 0; 5 5 −1; −4 −2 −5]
det A =
4.Matricos ir determinantaiSunkus
A =1−4−63b =44

Išspręskite sistemą x − 4y = 4 ir −6x + 3y = 4. Raskite x.

x − 4y = 4−6x + 3y = 4
x =
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite vektoriaus a = (5, 6, −5) skaliarinę projekciją compb a į b = (−5, 4, 4), t. y. a komponentę b kryptimi.

a = (5, 6, −5)b = (−5, 4, 4)
compb a =
6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzABC

Raskite trikampio, kurio viršūnės A(2, −4, −3), B(3, 3, −1) ir C(0, 2, 0), plotą A. Koordinatės pateiktos metrais.

A(2, −4, −3)B(3, 3, −1)C(0, 2, 0)
A = m²
7.IntegralaiVidutinis
xy02

Apskaičiuokite I = ∫02 e−x dx.

f(x) = e−x[0, 2]
I =
8.IntegralaiSunkus
xyy = 2x2​y = x

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

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

Plokštuma, liečianti z = −x²y³ + x³ − 2y³ − 4xy taške, kuriame (x, y) = (−2, −2), gali būti užrašoma kaip z = px + qy + c. Raskite c.

f(x, y) = −x²y³ + x³ − 2y³ − 4xy(a, b) = (−2, −2)
c =
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xyy = 2y = x22

Integralo I = ∫02 ∫x2 cos(y²) dy dx šia tvarka apskaičiuoti negalima. Pakeiskite integravimo tvarką ir apskaičiuokite jį.

f = cos(y²)0 ≤ x ≤ y ≤ 2
I =
11.Sekos ir eilutėsVidutinis
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Taikykite d’Alambero kriterijų eilutei Σk=1∞ k²·3ᵏ/4ᵏ. Raskite L = lim |ak+1/ak|.

ak = k²·3ᵏ/4ᵏ
L =
12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = eˣ aproksimuojama 3 laipsnio Maklorino polinomu taške x = 0,3. Naudodami Lagranžo paklaidos įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = e0,3 = 1,35, raskite didžiausią galimą paklaidą |R₃|.

f(x) = eˣn = 3x = 0,3M = 1,35
|R₃| =
13.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,2f(0,2) = ?

Raskite f(t), kai F(s) = (6s + 32)/(s² + 4s + 4), ir apskaičiuokite f(0,2).

F(s) = (6s + 32)/(s² + 4s + 4)t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Laplaso transformacijosSunkus
ReIm−1−2−3−4−5−61

Sistema aprašoma diferencialine lygtimi y″ + 9y′ + 18y = 10u, kurios įėjimas u(t), o išėjimas y(t). Raskite jos perdavimo funkciją G(s) = Y(s)/U(s) (pradinės sąlygos nulinės) ir apskaičiuokite impulsinę reakciją g(t) ties t = 0,4 s. Raskite g(0,4).

y″ + 9y′ + 18y = 10ut = 0,4 s
g(0.4) =
15.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
x(t)t11h(t)t31

Impulsas x(t) = 1, kai 0 ≤ t < 1 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios impulsinė charakteristika h(t) = 1, kai 0 ≤ t < 3 s (kitur nulis). Raskite išėjimą y(3,5), kai t = 3,5 s.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 1, 0 ≤ t < 3 st = 3,5 s
y(3.5) =
16.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
x(t)t (ms)10204010−10

Trikampė banga tiesiškai kyla ir krinta tarp −10 ir +10, jos periodas T = 20 ms. Raskite jos Furjė dedamosios, kurios dažnis 150 Hz, amplitudę c3.

±10T = 20 msf = 150 Hz
c3 =

3Tirpalai

1.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1.5) = 0,413

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 + 2)(r + 5) = 0 → r = −2, −5

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 5, −2A − 5B = 0
A = 8,333, B = −3,333

Apskaičiuokite

y(1,5) = 8,333·e−3 + (−3,333)·e−7,5 = 0,413

Atsakymas

y(1,5) = 0,413
2.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: ymax = 3,067

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 = 2, r = −1 ± 5j

Konstantos pagal pradines vertes

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −1A + 5B = 0 → B = −0,4

Smailė

t = π/5 = 0,6283
ymax = 2·(1 + e−1·π/5) = 3,067

Atsakymas

ymax = 3,067
3.Matricos ir determinantai

Atsakymas: det A = −50

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 = −27, M₁₂ = −29, M₁₃ = 10

Skleidinys pagal eilutę

det A = 4·(−27) − 2·(−29) + 0·10 = −50

Atsakymas

det A = −50
4.Matricos ir determinantai

Atsakymas: x = −1,333

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 = 1·3 − (−4)·(−6) = −21

Pakeiskite x stulpelį

det Aₓ = 4·3 − (−4)·4 = 28
x = 28/(−21) = −1,333

Atsakymas

x = −1,333
y = −1,333
5.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: compb a = −2,782

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 = 5·(−5) + 6·4 + (−5)·4 = −21

b ilgis

|b| = √((−5)² + 4² + 4²) = 7,55

Skaliarinė projekcija

compb a = a·b/|b| = −21/7,55 = −2,782

Atsakymas

compb a = −2,782

Neigiama: a turi komponentę, nukreiptą prieš b.

6.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: A = 11,51 m²

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.

Kraštinių vektoriai

AB = B − A = (1, 7, 2)
AC = C − A = (−2, 6, 3)

Vektorinė sandauga

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 7·3 − 2·6 = 9
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 2·(−2) − 1·3 = −7
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 1·6 − 7·(−2) = 20
|AB × AC| = √(9² + (−7)² + 20²) = 23,02

Trikampio plotas

A = ½·23,02 = 11,51 m²

Atsakymas

A = 11,51 m²
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: A = 0,04167

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 = x → x = 0, x = 0,5

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [0,5x2 − 0,6667x3]00,5 = 0,04167

Atsakymas

A = 0,04167
9.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: c = −128

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) = 24
fx = −2xy³ + 3x² − 4y → fx(−2, −2) = −12
fy = −3x²y² − 6y² − 4x → fy(−2, −2) = −64

Liečiamoji plokštuma

z = 24 − 12(x + 2) − 64(y + 2)
z = −12x − 64y − 128

Konstantos narys

c = −128

Atsakymas

c = −128
10.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = −0,3784

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).

Sritis

0 ≤ x ≤ y, 0 ≤ y ≤ 2

Pakeista tvarka

I = ∫02 ∫0y cos(y²) dx dy = ∫02 y·cos(y²) dy

Keitinys u = y²

I = [sin(y²)/2]02 = −0,3784

Atsakymas

I = −0,3784
11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: L = 0,75

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.

Gretimų narių santykis

|ak+1/ak| = ((k + 1)/k)²·3/4 → 3/4

Išvada

L = 0,75 < 1

Atsakymas

L = 0,75

L < 1, todėl eilutė konverguoja.

12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: |R₃| = 0,0004556

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 = e0,3 = 1,35

Lagranžo įvertis

|R₃| ≤ 1,35·0,3⁴/4! = 0,0004556

Atsakymas

|R₃| = 0,0004556

Tikroji paklaida mažesnė: |f(0,3) − P₃(0,3)| = 0,0003588.

13.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.2) = 6,703

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

6s + 32 = 6(s + 2) + 20
F(s) = 6/(s + 2) + 20/(s + 2)²

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 6·e−2t + 20·t·e−2t
f(0,2) = (6 + 20·0,2)·e−2·0,2 = 6,703

Atsakymas

f(0,2) = 6,703
14.Laplaso transformacijos

Atsakymas: g(0.4) = 0,7016

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).

Perdavimo funkcija

G(s) = Y(s)/U(s) = 10/(s² + 9s + 18)

Paprastosios trupmenos

s² + 9s + 18 = (s + 3)(s + 6)
A = 3,333, B = −3,333

Impulsinė reakcija

g(t) = 3,333·e−3t − 3,333·e−6t
g(0,4) = 0,7016

Atsakymas

g(0,4) = 0,7016
15.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: y(3.5) = 0,5

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).

Apversto impulso persidengimas

h(t − τ) yra h impulsas, apverstas ir pastumtas taip, kad baigtųsi ties τ = t.

τ ∈ [0,5, 1] → ilgis 0,5 s

Integralas

y(3,5) = 1·1·0,5 = 0,5

Atsakymas

y(3,5) = 0,5

y(t) yra trapecija: ji kyla nuo 0, išlieka ties 1 ir krinta iki 0, kai t = 4 s.

16.Sąsūka ir LTI sistemos

Atsakymas: c3 = 0,9006

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 = 3

Amplitudė

c3 = 8·10/(π²·3²) = 0,9006

Atsakymas

c3 = 0,9006

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