Matematik Kejuruteraan 2: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 16 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharuKembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Persamaan pembezaan

Pertumbuhan/pereputan eksponen
dy/dt = ky → y = y0ekt
Separuh hayat
k = ln 2 / t½
Hukum penyejukan Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Faktor pengamiran
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Tangki pencampuran
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Matriks & penentu

penentu 2×2
det = ad − bc
Songsangan 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Produk
(AB)ij = Σk AikBkj
Nilai eigen
det(A − λI) = 0
Petua Cramer
xi = det(Ai)/det(A)

Vektor: hasil darab titik & silang

Magnitud
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vektor unit
û = a/|a|
Komponen daripada sudut
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Hasil darab titik
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Unjuran skalar a pada b
a·b/|b|
Kerja
W = F·d
Hasil darab silang
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Luas
segi empat selari |a × b|, segi tiga ½|a × b|
Momen pada O
MO = r × F, r = A − O
Isi padu parallelepiped
V = |a·(b × c)|

Kaedah

  1. Tulis setiap vektor dalam komponen; bagi daya yang diberikan oleh magnitud dan sudut, gunakan F·cos θ dan F·sin θ.
  2. Untuk panjang dan arah gunakan magnitud √(x² + y² + z²) dan vektor unit a/|a|.
  3. Gunakan hasil darab titik untuk sudut, unjuran, keserenjangan dan kerja: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Gunakan hasil darab silang untuk vektor berserenjang, luas dan momen: tulis ketiga-tiga komponen dengan teliti, dan kekalkan susunan a × b.

Kamiran

Petua kuasa
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Kamiran tentu
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Kamiran lazim
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Luas antara lengkung
∫ab (f − g) dx

Kaedah

  1. Tulis semula kamiran sebagai hasil tambah sebutan ringkas jika boleh.
  2. Gunakan petua kuasa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), dan kamiran piawai untuk ex, 1/x, sin dan cos.
  3. Gunakan penggantian apabila anda melihat satu fungsi dan terbitannya bersama.
  4. Untuk kamiran tentu, nilaikan F(b) − F(a).

Kalkulus multipemboleh ubah

Terbitan separa
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Kecerunan
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Terbitan arah
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Satah tangen
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Petua rantai
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Ujian terbitan kedua
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Kamiran berganda
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Koordinat kutub
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Kaedah

  1. Untuk terbitan separa, anggap pemboleh ubah yang satu lagi sebagai pemalar dan gunakan petua satu pemboleh ubah.
  2. Untuk soalan kecerunan hitung ∇f = (fx, fy) pada titik itu; gunakan |∇f| untuk cerun paling curam dan ∇f·u dengan vektor unit u untuk terbitan arah.
  3. Untuk ekstrem selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama, kemudian kelaskan setiap titik dengan D = fxx·fyy − fxy².
  4. Untuk kamiran berganda lakar rantau itu, pilih susunan (atau koordinat kutub untuk cakera) supaya had dalam ialah lengkung pembatas, dan kamirkan bahagian dalam dahulu.

Jujukan & siri

Jujukan aritmetik
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Jujukan geometri
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Siri geometri tak terhingga
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Siri-p
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Ujian nisbah
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Jejari penumpuan
R = lim |ck/ck+1|
Polinomial Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Siri Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Had ralat Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Kaedah

  1. Kenal pasti jenisnya: aritmetik (beza malar), geometri (nisbah malar), siri piawai, siri kuasa atau polinomial Taylor.
  2. Untuk hasil tambah gunakan Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), atau S = a₁/(1 − r) apabila |r| < 1, dengan a₁ ialah sebutan pertama hasil tambah.
  3. Untuk penumpuan: ujian sebutan ke-n dahulu, kemudian bandingkan dengan Σ1/kᵖ atau siri geometri, dan gunakan ujian nisbah atau punca untuk faktorial dan kuasa k.
  4. Untuk polinomial Taylor senaraikan f(a), f′(a), f″(a), …, bahagi terbitan ke-k dengan k!, dan beri had ralat dengan M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Konvolusi & sistem LTI

Konvolusi diskret
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Konvolusi selanjar
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Panjang dan hasil tambah
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Mula, tamat dan luas
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Langkah ke dalam e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Sistem tertib pertama
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Rekursi tertib pertama
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Sinusoid melalui h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Amplitud siri Fourier
segi empat ±A: 4A/(kπ), k ganjil; segi tiga ±A: 8A/(π²k²), k ganjil; rentetan denyut: A·D dan (2A/(kπ))|sin kπD|

Kaedah

  1. Lakarkan kedua-dua isyarat dan catat di mana setiap satu bukan sifar.
  2. Balikkan h dan gelongsorkannya: bagi setiap masa output, cari julat di mana kedua-dua isyarat bertindih.
  3. Darab dan tambah (diskret) atau darab dan kamirkan (selanjar) pada pertindihan itu sahaja.
  4. Semak hasilnya: output bermula pada hasil tambah masa mula, berakhir pada hasil tambah masa tamat, dan luas atau hasil tambahnya ialah hasil darab luas atau hasil tambah input.

2Soalan latihan

1.Persamaan pembezaanSederhana
tyy(0) = 1y(0.5) = ?

Selesaikan y″ + 6y′ + 5y = 0 dengan y(0) = 1 dan y′(0) = -4. Cari y(0.5).

y″ + 6y′ + 5y = 0y(0) = 1y′(0) = -4
y(0.5) =
2.Persamaan pembezaanSukar
xy12(1, −1)y(2) = ?

Selesaikan masalah nilai awal y′ + y/x = 2x bagi x > 0, dengan y(1) = −1. Cari y(2).

y′ + y/x = 2xy(1) = −1
y(2) =
3.Matriks & penentuSederhana
A =2−552B =−3−300

Biar C = AB bagi matriks yang ditunjukkan. Cari unsur c21 (baris 2, lajur 1).

A = [2 −5; 5 2]B = [−3 −3; 0 0]
c21 =
4.Matriks & penentuSukar
A =2−41−3

Cari nilai eigen yang lebih besar λ bagi matriks A yang ditunjukkan.

A = [2 −4; 1 −3]
λ =
5.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana
xyzab

Cari sudut θ antara vektor a = (−1, 3, −5) dan b = (−3, −3, 4), dalam darjah.

a = (−1, 3, −5)b = (−3, −3, 4)
θ = °
6.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzab

Vektor unit n̂ berserenjang dengan kedua-dua a = (5, 5, 4) dan b = (0, −3, 4) dan mempunyai komponen-z positif. Cari komponen-xnya n̂x.

a = (5, 5, 4)b = (0, −3, 4)n̂z > 0
n̂x =
7.KamiranSederhana
xy11.5y = x ln x

Nilaikan I = ∫₁1.5 x·ln x dx.

∫₁1.5 x ln x dx
I =
8.KamiranSukar
xy1.5y = x²eˣ

Nilaikan I = ∫₀1.5 x²·eˣ dx.

∫₀1.5 x²eˣ dx
I =
9.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana

z = −y·exy dengan x = −t dan y = −2t². Gunakan petua rantai untuk mencari dz/dt pada t = 1.

z = −y·exyx = −ty = −2t²t = 1
dz/dt =
10.Kalkulus multipemboleh ubahSukar
xy−505−4−202(3, −1)(−3, −1)

Cari titik genting bagi f(x, y) = x³ − 27x + y² + 2y, kelaskannya, dan beri nilai fmin bagi f pada minimum tempatannya.

f(x, y) = x³ − 27x + y² + 2y
fmin =
11.Jujukan & siriSederhana
k|aₖ|¹ᐟᵏ123456789101112

Gunakan ujian punca pada Σk=1∞ ((2k + 4)/(3k + 2))ᵏ. Cari L = lim |ak|1/k.

ak = ((2k + 4)/(3k + 2))ᵏ
L =
12.Jujukan & siriSukar

f(x) = sin x dianggarkan oleh polinomial Maclaurin berdarjah 3 pada x = 1. Gunakan had ralat Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dengan M = 1 untuk mencari ralat terbesar yang mungkin |R₃|.

f(x) = sin xn = 3x = 1M = 1
|R₃| =
13.Transformasi LaplaceSederhana
ReIm−1−212

Cari f(t) bagi F(s) = (4s + 10)/(s² + 2s + 5) dengan melengkapkan kuasa dua, dan nilaikan f(1).

F(s) = (4s + 10)/(s² + 2s + 5)t = 1 s
f(1) =
14.Transformasi LaplaceSukar
t (s)y(t)t = 1y(1) = ?

Satu sistem mematuhi y″ + 6y′ + 5y = 10·u(t), dengan y(0) = 3 dan y′(0) = 0. Pada t = 0 masukan langkah u(t) = 5 dikenakan. Gunakan transformasi Laplace untuk mencari y(1).

y″ + 6y′ + 5y = 10·u(t)y(0) = 3y′(0) = 0u(t) = 5t = 1 s
y(1) =
15.Konvolusi & sistem LTISederhana
x(t)t25h(t)t1

Denyut x(t) = 5 untuk 0 ≤ t < 2 s (sifar di tempat lain) dikenakan pada sistem dengan h(t) = e−4tu(t). Cari output y(4) pada t = 4 s, selepas denyut berakhir.

x(t) = 5, 0 ≤ t < 2 sh(t) = e−4tu(t)t = 4 s
y(4) =
16.Konvolusi & sistem LTISukar
x(t)t (ms)5102010

Gelombang segi empat bertukar antara 10 dan 0 dengan tempoh T = 10 ms (separuh tempoh pada setiap aras). Cari amplitud c3 komponen Fouriernya pada 300 Hz.

0 … 10T = 10 msf = 300 Hz
c3 =

3Larutan

1.Persamaan pembezaan

Jawapan: y(0.5) = 0.2132

Persamaan linear tertib kedua: bagi y″ + b·y′ + c·y = 0 cuba y = ert: ini memberikan persamaan ciri r² + b·r + c = 0. Dua punca nyata r₁ ≠ r₂ memberikan y = A·er₁t + B·er₂t (redaman lampau); punca berganda r memberikan y = (A + Bt)·ert (redaman genting); punca kompleks −α ± jω memberikan y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (redaman kurang, berayun). Nilai awal y(0) dan y′(0) menetapkan A dan B. Ditulis sebagai y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn ialah frekuensi tabii dan ζ nisbah redaman: ζ < 1 berayun. Dengan input malar, y″ + by′ + cy = c·K, penyelesaiannya ialah nilai mantap K tambah sambutan bebas.

Punca ciri

(r + 1)(r + 5) = 0 → r = −1, −5

Pemalar daripada nilai awal

A + B = 1, −1A − 5B = -4
A = 0.25, B = 0.75

Nilaikan

y(0.5) = 0.25·e−0.5 + 0.75·e−2.5 = 0.2132

Jawapan

y(0.5) = 0.2132
2.Persamaan pembezaan

Jawapan: y(2) = 1.833

Persamaan pembezaan peringkat pertama: dy/dt = k·y mempunyai penyelesaian y = y₀·ekt (pertumbuhan bagi k > 0, pereputan bagi k < 0); separuh hayat T memberikan k = ln 2/T. Hukum penyejukan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), memberikan T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Persamaan linear y′ + p(x)·y = q(x) diselesaikan dengan faktor pengamiran μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, maka μy = ∫μq dx + C.

Faktor pengamiran

μ = e∫1/x dx = x1

Kamirkan

(x1y)′ = 2x2 → x1y = 2x3/3 + C

Syarat awal

−1 = 2/3 + C → C = −1.667

Nilaikan

y(2) = (2·23/3 + (−1.667))/21 = 1.833

Jawapan

y(2) = 1.833
3.Matriks & penentu

Jawapan: c21 = −15

Matriks: penentu matriks 2×2 ialah ad − bc. Bagi 3×3, kembangkan sepanjang satu baris: setiap unsur didarab penentu matriks 2×2 yang tinggal selepas membuang baris dan lajurnya, dengan tanda berselang-seli + − +. Nilai eigen λ menyelesaikan det(A − λI) = 0; bagi 2×2 itu ialah λ² − (surih)·λ + det = 0.

Baris darab lajur

c21 = 5·(−3) + 2·0 = −15

Jawapan

c21 = −15
4.Matriks & penentu

Jawapan: λ = 1

Matriks: penentu matriks 2×2 ialah ad − bc. Bagi 3×3, kembangkan sepanjang satu baris: setiap unsur didarab penentu matriks 2×2 yang tinggal selepas membuang baris dan lajurnya, dengan tanda berselang-seli + − +. Nilai eigen λ menyelesaikan det(A − λI) = 0; bagi 2×2 itu ialah λ² − (surih)·λ + det = 0.

Persamaan cirian

λ² − (−1)λ + (−2) = 0

Selesaikan

λ = (−1 ± √(9))/2 → λ = −2, 1
λ = 1

Jawapan

λ = 1
5.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: θ = 138.9 °

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.

Hasil darab titik

a·b = (−1)·(−3) + 3·(−3) + (−5)·4 = −26

Magnitud

|a| = √((−1)² + 3² + (−5)²) = 5.916
|b| = √((−3)² + (−3)² + 4²) = 5.831

Sudut

cos θ = −26/(5.916·5.831) = −0.7537
θ = arccos(−0.7537) = 138.9°

Jawapan

θ = 138.9°
6.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: n̂x = −0.788

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.

Hasil darab silang

(a × b)x = aybz − azby = 5·4 − 4·(−3) = 32
(a × b)y = azbx − axbz = 4·0 − 5·4 = −20
(a × b)z = axby − aybx = 5·(−3) − 5·0 = −15

Normalkan

Komponen-z bagi a × b negatif, maka gunakan −(a × b).

|a × b| = √(32² + (−20)² + (−15)²) = 40.61
n̂ = −(32, −20, −15)/40.61 = (−0.788, 0.4925, 0.3694)
n̂x = −0.788

Jawapan

n̂x = −0.788
7.Kamiran

Jawapan: I = 0.1436

Pengamiran bahagian demi bahagian: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, daripada petua hasil darab. Pilih u sebagai faktor yang menjadi lebih mudah apabila dibezakan (kuasa x, atau ln x), dan dv sebagai faktor yang boleh anda kamirkan (eˣ, sin x, cos x, atau x apabila u = ln x). Bagi kamiran tentu, nilaikan u·v pada kedua-dua had: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Faktor x² memerlukan dua pusingan.

Pilih u dan dv

u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2

Antiterbitan

∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4

Had

(1.125·ln 1.5 − 0.5625) − (0 − 0.25) = 0.1436

Jawapan

I = 0.1436
8.Kamiran

Jawapan: I = 3.602

Pengamiran bahagian demi bahagian: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, daripada petua hasil darab. Pilih u sebagai faktor yang menjadi lebih mudah apabila dibezakan (kuasa x, atau ln x), dan dv sebagai faktor yang boleh anda kamirkan (eˣ, sin x, cos x, atau x apabila u = ln x). Bagi kamiran tentu, nilaikan u·v pada kedua-dua had: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Faktor x² memerlukan dua pusingan.

Pusingan pertama

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Pusingan kedua

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Had

4.482·(1.25) − 1·2 = 3.602

Jawapan

I = 3.602
9.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: dz/dt = 118.2

Kecerunan: ∇f = (fx, fy) menunjuk ke arah menaik paling curam, dan |∇f| ialah kadar perubahan terbesar. Terbitan arah sepanjang arah v ialah Duf = ∇f·u dengan vektor unit u = v/|v|. Satah tangen pada (a, b) ialah z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); ia memberi hampiran linear bagi f berhampiran titik itu. Petua rantai: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Titik dan kadar

x(1) = −1, y(1) = −2
dx/dt = −1, dy/dt = −4t = −4

Terbitan separa

fx = −y²exy = −29.56
fy = −exy(1 + xy) = −22.17

Petua rantai

dz/dt = (−29.56)·(−1) + (−22.17)·(−4) = 118.2

Jawapan

dz/dt = 118.2
10.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: fmin = −55

Titik genting dan kamiran berganda: titik genting mempunyai fx = fy = 0. Ujian terbitan kedua dengan D = fxxfyy − fxy²: D > 0 dan fxx > 0 ialah minimum tempatan, D > 0 dan fxx < 0 maksimum tempatan, D < 0 titik pelana, dan D = 0 tidak menentukan apa-apa. Untuk kamiran berganda ke atas rantau am, jadikan had dalam sebagai lengkung yang mengelilingi rantau itu; untuk cakera dan sektor gunakan koordinat kutub, x = r cos θ, y = r sin θ dan dA = r dr dθ (jangan lupa faktor r).

Titik genting

Selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama.

fx = (3x² − 27) = 0
fy = (2y + 2) = 0
(3, −1), (−3, −1)

Ujian terbitan kedua

(3, −1): fxx = 18, fyy = 2, fxy = 0, D = 36 → minimum tempatan
(−3, −1): fxx = −18, fyy = 2, fxy = 0, D = −36 → titik pelana

Nilai pada ekstrem

f(3, −1) = −55

Jawapan

fmin = −55
11.Jujukan & siri

Jawapan: L = 0.6667

Penumpuan: jika sebutan tidak menuju 0, siri itu mencapah (ujian sebutan ke-n). Σ1/kᵖ menumpu hanya untuk p > 1, dan Σrᵏ hanya untuk |r| < 1. Bandingkan siri dengan salah satu daripadanya apabila sebutannya berkelakuan seperti itu bagi k yang besar. Ujian nisbah: L = lim |ak+1/ak|; ujian punca: L = lim |ak|1/k. L < 1 menumpu, L > 1 mencapah, L = 1 tidak menentukan apa-apa. Siri kuasa Σck(x − x₀)ᵏ menumpu untuk |x − x₀| < R dengan R = lim |ck/ck+1|; siri berselang-seli dengan sebutan menurun kepada 0 menumpu.

Punca sebutan

|ak|1/k = (2k + 4)/(3k + 2) → 2/3

Kesimpulan

L = 0.6667 < 1

Jawapan

L = 0.6667

L < 1, maka siri itu menumpu.

12.Jujukan & siri

Jawapan: |R₃| = 0.04167

Polinomial Taylor: berhampiran x = a, fungsi licin dianggarkan oleh Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; untuk a = 0 ini ialah polinomial Maclaurin. Siri piawai: 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. Had ralat Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, dengan M ialah nilai terbesar |f⁽ⁿ⁺¹⁾| antara a dengan x.

Had pada terbitan

M = 1

Had Lagrange

|R₃| ≤ 1·1⁴/4! = 0.04167

Jawapan

|R₃| = 0.04167

Ralat sebenar lebih kecil: |f(1) − P₃(1)| = 0.008138.

13.Transformasi Laplace

Jawapan: f(1) = 0.3912

Transformasi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt menukarkan terbitan kepada pendaraban dengan s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pasangan piawai: 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), dan anjakan s → s + σ mendarabkan fungsi masa dengan e−σt. Untuk menyongsangkan F(s) nisbah, pecahkan kepada pecahan separa: reja bagi kutub ringkas p ialah A = [(s − p)·F(s)] pada s = p. Teorem nilai akhir: f(∞) = lims→0 s·F(s), sah hanya apabila semua kutub s·F(s) terletak dalam separuh satah kiri. Teorem nilai awal: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Lengkapkan kuasa dua

s² + 2s + 5 = (s + 1)² + 4 = (s + 1)² + 2²

Padankan pengangka

F(s) = 4·(s + 1)/((s + 1)² + 2²) + (6/2)·2/((s + 1)² + 2²)

Transformasi songsang

f(t) = e−t·(4·cos 2t + 3·sin 2t)
f(1) = e−1·(4·cos(2·1) + 3·sin(2·1)) = 0.3912

Jawapan

f(1) = 0.3912
14.Transformasi Laplace

Jawapan: y(1) = 6.793

Transformasi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt menukarkan terbitan kepada pendaraban dengan s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pasangan piawai: 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), dan anjakan s → s + σ mendarabkan fungsi masa dengan e−σt. Untuk menyongsangkan F(s) nisbah, pecahkan kepada pecahan separa: reja bagi kutub ringkas p ialah A = [(s − p)·F(s)] pada s = p. Teorem nilai akhir: f(∞) = lims→0 s·F(s), sah hanya apabila semua kutub s·F(s) terletak dalam separuh satah kiri. Teorem nilai awal: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Transformasikan persamaan

(s² + 6s + 5)·Y(s) = 3s + 18 + 50/s
Y(s) = (3s² + 18s + 50)/(s(s + 1)(s + 5))

Pecahan separa

A = 50/(1·5) = 10
B = 35/((−1)·4) = −8.75
C = 35/((−5)·(−4)) = 1.75

Keputusan

y(t) = 10 − 8.75·e−t + 1.75·e−5t
y(1) = 6.793

Jawapan

y(1) = 6.793

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

15.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: y(4) = 0.0004192

Konvolusi selanjar: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Balikkan h, gelongsorkan ke kedudukan t dan kamirkan hasil darab bahagian yang bertindih. Untuk isyarat kausal kamiran berjalan dari 0 hingga t. Keputusan berguna: luas y ialah luas x darab luas h; jika x berlangsung dari t₁ hingga t₂ dan h dari t₃ hingga t₄, y berlangsung dari t₁ + t₃ hingga t₂ + t₄. Untuk h(t) = e−atu(t) dan langkah setinggi A, y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Output pada akhir denyut

y(2) = (5/4)(1 − e−8) = 1.25

Reputan selepas denyut

y(4) = 1.25·e−4·2 = 0.0004192

Jawapan

y(4) = 0.0004192
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: c3 = 2.122

Sambutan impuls dan siri Fourier: sambutan impuls h(t) menerangkan sistem LTI dengan lengkap: bagi y′ + a·y = b·x ia ialah h(t) = b·e−atu(t), dan bagi y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] ia ialah h[n] = b·aⁿu[n]. Sinusoid cos ωt melaluinya dengan gandaan |H(jω)| dan fasa ∠H(jω), dengan H ialah transformasi Fourier bagi h. Isyarat berkala ialah hasil tambah harmonik pada k/T: gelombang segi empat ±A hanya mempunyai harmonik ganjil dengan amplitud 4A/(kπ), gelombang segi tiga berpuncak A mempunyai 8A/(π²k²), dan rentetan denyut setinggi A dengan kitar tugas D mempunyai min A·D dan harmonik (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.

Nombor harmonik

f₀ = 1/T = 100 Hz → k = 300/100 = 3

Amplitud

c3 = 4·5/(3π) = 2.122

Jawapan

c3 = 2.122

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