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
t (min)T (°C)12Ta​12 °C9 °C

Sekaleng minuman bergas pada 5 °C dikeluarkan daripada peti sejuk ke dalam bilik pada 27 °C. Selepas 12 min suhunya ialah 12 °C. Ia mengikut hukum penyejukan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama selepas permulaan, t, untuk mencapai 9 °C?

T0 = 5 °CTa = 27 °CT(12) = 12 °CT = 9 °C
t = min
2.Persamaan pembezaanSukar
ty1y(1) = ?

Selesaikan y′ + 3y = 9e−0.5t dengan y(0) = 1. Cari y(1).

y′ + 3y = 9e−0.5ty(0) = 1
y(1) =
3.Matriks & penentuSederhana
A =20−3−2−1−3−3−1−2

Cari penentu det A bagi matriks 3×3 A yang ditunjukkan.

A = [2 0 −3; −2 −1 −3; −3 −1 −2]
det A =
4.Matriks & penentuSukar
A =2−4−20

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

A = [2 −4; −2 0]
λ =
5.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana
xyzdFAB

Daya malar F = (5, 0, 5) N bertindak pada sesuatu objek semasa ia bergerak dalam garis lurus dari titik A(2, −1, 1) ke titik B(−3, 2, 1). Koordinat dalam meter. Cari kerja W yang dilakukan oleh daya itu.

F = (5, 0, 5) NA(2, −1, 1) mB(−3, 2, 1) m
W = J
6.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzab

Vektor unit n̂ berserenjang dengan kedua-dua a = (−5, 1, −2) dan b = (−1, −5, 1) dan mempunyai komponen-z positif. Cari komponen-xnya n̂x.

a = (−5, 1, −2)b = (−1, −5, 1)n̂z > 0
n̂x =
7.KamiranSederhana
xy4y = √(2x)

Rantau di bawah y = √(2x) dari x = 0 ke x = 4 diputarkan pada paksi-x. Cari isi padu V pepejal itu (paraboloid).

y = √(2x)0 ≤ x ≤ 4
V =
8.KamiranSukar
xyy = 2x2​y = 2x

Cari luas A kawasan yang dikelilingi oleh y = 2x2 dan y = 2x.

y = 2x2y = 2x
A =
9.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana
xy21P

Satah tangen kepada z = ln(x² + y²) pada titik yang (x, y) = (2, 1) boleh ditulis sebagai z = px + qy + c. Cari c.

f(x, y) = ln(x² + y²)(a, b) = (2, 1)
c =
10.Kalkulus multipemboleh ubahSukar
xyy = 4xy = x²416

Nilaikan I = ∬R xy dA, dengan R ialah rantau antara parabola y = x² dengan garis y = 4x.

y = x²y = 4xf = xy
I =
11.Jujukan & siriSederhana
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Gunakan ujian nisbah pada Σk=1∞ kᵏ/(2ᵏ·k!). Cari L = lim |ak+1/ak|.

ak = kᵏ/(2ᵏ·k!)
L =
12.Jujukan & siriSukar
xyfP₂2

Gunakan polinomial Maclaurin berdarjah 2 bagi f(x) = e0.5x untuk menganggarkan f(2). Beri P₂(2).

f(x) = e0.5xn = 2x = 2
P₂(2) =
13.Transformasi LaplaceSederhana
ReIm−1−2−3−4−5−61

F(s) = (3s + 5)/(s² + 11s + 30). Transformasi songsangnya berbentuk f(t) = A·e−5t + B·e−6t. Cari pekali A dengan pecahan separa.

F(s) = (3s + 5)/(s² + 11s + 30)
A =
14.Transformasi LaplaceSukar
t (s)y(t)t = 0.3y(0.3) = ?

Satu sistem mematuhi y″ + 8y′ + 12y = 12·u(t), dengan y(0) = 3 dan y′(0) = 0. Pada t = 0 masukan langkah u(t) = 10 dikenakan. Gunakan transformasi Laplace untuk mencari y(0.3).

y″ + 8y′ + 12y = 12·u(t)y(0) = 3y′(0) = 0u(t) = 10t = 0.3 s
y(0.3) =
15.Konvolusi & sistem LTISederhana
x(t)t14h(t)t13

Isyarat x(t) bukan sifar hanya antara t = 1 s dan t = 4 s, dan h(t) hanya antara t = 1 s dan t = 3 s. Cari masa tend y(t) = x(t) ∗ h(t) berakhir.

x: 1 … 4 sh: 1 … 3 s
tend = s
16.Konvolusi & sistem LTISukar
10cos(5t)h(t) = 10e−5t​u(t)y(t)

Input x(t) = 10·cos(5t) dikenakan pada sistem dengan h(t) = 10·e−5tu(t). Cari amplitud Ym output keadaan mantap.

h(t) = 10e−5tu(t)x(t) = 10cos(5t)
Ym =

3Larutan

1.Persamaan pembezaan

Jawapan: t = 6.287 min

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.

Pemalar penyejukan

k = ln(-22/-15)/12 = 0.03192 min⁻¹

Masa untuk mencapai sasaran

t = ln(-22/(−18))/0.03192 = 6.287 min

Jawapan

t = 6.287 min
2.Persamaan pembezaan

Jawapan: y(1) = 2.054

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 = e3t
(e3ty)′ = 9e2.5t

Penyelesaian am

y = 9/2.5·e−0.5t + C·e−3t = 3.6·e−0.5t + C·e−3t

Syarat awal

1 = 3.6 + C → C = −2.6

Nilaikan

y(1) = 3.6·0.6065 + (−2.6)·0.04979 = 2.054

Jawapan

y(1) = 2.054
3.Matriks & penentu

Jawapan: det A = 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.

Minor 2×2 baris pertama

M₁₁ = −1, M₁₂ = −5, M₁₃ = −1

Pengembangan kofaktor

det A = 2·(−1) − 0·(−5) + (−3)·(−1) = 1

Jawapan

det A = 1
4.Matriks & penentu

Jawapan: λ = 4

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 − (2)λ + (−8) = 0

Selesaikan

λ = (2 ± √(36))/2 → λ = −2, 4
λ = 4

Jawapan

λ = 4
5.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: W = −25 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.

Sesaran

d = B − A = (−3, 2, 1) − (2, −1, 1) = (−5, 3, 0) m

Kerja

W = F·d = 5·(−5) + 0·3 + 5·0 = −25 J

Jawapan

W = −25 J

Kerja negatif: daya bertindak kebanyakannya melawan gerakan.

6.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: n̂x = −0.317

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 = 1·1 − (−2)·(−5) = −9
(a × b)y = azbx − axbz = (−2)·(−1) − (−5)·1 = 7
(a × b)z = axby − aybx = (−5)·(−5) − 1·(−1) = 26

Normalkan

Komponen-z bagi a × b sudah positif.

|a × b| = √((−9)² + 7² + 26²) = 28.39
n̂ = (−9, 7, 26)/28.39 = (−0.317, 0.2466, 0.9158)
n̂x = −0.317

Jawapan

n̂x = −0.317
7.Kamiran

Jawapan: V = 50.27

Isi padu kisaran: memutarkan rantau di bawah y = f(x) dari x = a ke x = b pada paksi-x menghasilkan pepejal yang keratan rentasnya pada x ialah cakera berjejari f(x). Menjumlahkan cakera itu memberikan V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Apabila rantau terletak antara lengkung luar R(x) dan lengkung dalam r(x), setiap hirisan ialah sesendal: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Kuasa duakan jejari sebelum anda menolaknya.

Kaedah cakera

V = π∫₀4 2x dx

Kamirkan

V = π·2·4²/2 = 50.27

Jawapan

V = 50.27
8.Kamiran

Jawapan: A = 0.3333

Kamiran tentu: ∫ₐᵇ f(x) dx ialah luas bertanda antara graf dan paksi-x dari a hingga b. Cari antiterbitan F (dengan F′ = f) dan nilaikan F(b) − F(a). Petua kuasa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Luas antara dua lengkung ialah ∫(atas − bawah) dx.

Titik persilangan

2x2 = 2x → x = 0, x = 1

Kamirkan atas tolak bawah

A = [x2 − 0.6667x3]01 = 0.3333

Jawapan

A = 0.3333
9.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: c = −0.3906

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.

Nilai dan cerun pada titik itu

f(2, 1) = 1.609
fx = 2x/(x² + y²) → fx(2, 1) = 0.8
fy = 2y/(x² + y²) → fy(2, 1) = 0.4

Satah tangen

z = 1.609 + 0.8(x − 2) + 0.4(y − 1)
z = 0.8x + 0.4y − 0.3906

Sebutan malar

c = −0.3906

Jawapan

c = −0.3906
10.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: I = 170.7

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 persilangan

x² = 4x → x = 0, x = 4

Kamiran dalam

∫x²4x xy dy = x·(16x² − x⁴)/2

Kamiran luar

I = ∫04 (16x³ − x⁵)/2 dx = 170.7

Jawapan

I = 170.7
11.Jujukan & siri

Jawapan: L = 1.359

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.

Nisbah sebutan berturutan

|ak+1/ak| = (1 + 1/k)ᵏ/2 → e/2

Kesimpulan

L = 1.359 > 1

Jawapan

L = 1.359

L > 1, maka siri itu mencapah.

12.Jujukan & siri

Jawapan: P₂(2) = 2.5

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.

Polinomial Maclaurin

P₂(x) = 1 + 0.5x + 0.125x²

Gantikan

P₂(2) = 1 + 1 + 0.5 = 2.5

Jawapan

P₂(2) = 2.5

Nilai tepat ialah f(2) = 2.718282; ralat 0.218282 mengecil apabila anda mengambil lebih banyak sebutan atau titik yang lebih dekat dengan 0.

13.Transformasi Laplace

Jawapan: A = −10

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).

Faktorkan penyebut

s² + 11s + 30 = (s + 5)(s + 6)
F(s) = A/(s + 5) + B/(s + 6)

Petua tutup

Darabkan dengan (s + 5) dan tetapkan s = −5: sebutan B lenyap.

A = (3s + 5)/(s + 6) |s = −5 = −10/1 = −10

Jawapan

A = −10
(B = 13, maka f(t) = −10·e−5t + 13·e−6t)
14.Transformasi Laplace

Jawapan: y(0.3) = 4.816

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 + 8s + 12)·Y(s) = 3s + 24 + 120/s
Y(s) = (3s² + 24s + 120)/(s(s + 2)(s + 6))

Pecahan separa

A = 120/(2·6) = 10
B = 84/((−2)·4) = −10.5
C = 84/((−6)·(−4)) = 3.5

Keputusan

y(t) = 10 − 10.5·e−2t + 3.5·e−6t
y(0.3) = 4.816

Jawapan

y(0.3) = 4.816

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

15.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: tend = 7 s

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).

Mula dan tamat

tstart = 1 + 1 = 2 s
tend = 4 + 3 = 7 s

Jawapan

tend = 7 s

Jawapan

tend = 7 s
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: Ym = 14.14

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)|.

Sambutan frekuensi

H(jω) = 10/(5 + jω)

Gandaan pada frekuensi input

|H(j5)| = 10/√(5² + 5²) = 1.414
Ym = 10·1.414 = 14.14

Jawapan

Ym = 14.14

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