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)47Ta​T = ?

Sebuah bahagian keluli tempaan pada 440 °C dibiarkan sejuk di dalam bengkel pada 26 °C. Ia mengikut hukum penyejukan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Dengan k = 0.01 min⁻¹, cari suhunya T selepas 47 min.

T0 = 440 °CTa = 26 °Ck = 0.01 min⁻¹t = 47 min
T = °C
2.Persamaan pembezaanSukar
t (min)m (kg)45 minm = ?

Sebuah tangki mengandungi 100 L air yang di dalamnya terlarut 5 kg garam. Air garam dengan 0.1 kg garam setiap liter mengalir masuk pada 4 L/min, dan larutan yang bercampur sekata mengalir keluar pada kadar yang sama. Berapakah jumlah garam m dalam tangki selepas 45 min?

V = 100 Lm0 = 5 kgc = 0.1 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
3.Matriks & penentuSederhana
A =35412−2−335

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

A = [3 5 4; 1 2 −2; −3 3 5]
det A =
4.Matriks & penentuSukar
A =−1−3−1−2b =−117

Selesaikan sistem −x − 3y = −11 dan −x − 2y = 7. Cari x.

−x − 3y = −11−x − 2y = 7
x =
5.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana
xyzdFAB

Daya malar F = (30, −15, −20) N bertindak pada sesuatu objek semasa ia bergerak dalam garis lurus dari titik A(−3, 5, 1) ke titik B(2, 0, 4). Koordinat dalam meter. Cari kerja W yang dilakukan oleh daya itu.

F = (30, −15, −20) NA(−3, 5, 1) mB(2, 0, 4) m
W = J
6.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzab

Bagi a = (1, 5, 3) dan b = (4, 0, −2), cari komponen-z (a × b)z hasil darab silang a × b.

a = (1, 5, 3)b = (4, 0, −2)
(a × b)z =
7.KamiranSederhana
xy14

Nilaikan I = ∫14 1/x dx.

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

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

y = 2x2y = x
A =
9.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana
xy0.5−1P

Satah tangen kepada z = 2 sin(−x + 3y) pada titik yang (x, y) = (0.5, −1) boleh ditulis sebagai z = px + qy + c. Cari c.

f(x, y) = 2 sin(−x + 3y)(a, b) = (0.5, −1)
c =
10.Kalkulus multipemboleh ubahSukar
xyy = 2xy = x²24

Nilaikan I = ∬R x dA, dengan R ialah rantau antara parabola y = x² dengan garis y = 2x.

y = x²y = 2xf = x
I =
11.Jujukan & siriSederhana
AΣ (5/4)ᵏk = 1 … ∞BΣ 1/k³k = 1 … ∞CΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞DΣ 1/(2k + 2)k = 1 … ∞

Tepat satu daripada empat siri menumpu. Klik siri itu.

A: Σ (5/4)ᵏB: Σ 1/k³C: Σ (1 + 1/k)ᵏD: Σ 1/(2k + 2)
  1. 1A: Σ (5/4)ᵏ
  2. 2B: Σ 1/k³
  3. 3C: Σ (1 + 1/k)ᵏ
  4. 4D: Σ 1/(2k + 2)
12.Jujukan & siriSukar

f(x) = cos x dianggarkan oleh polinomial Maclaurin berdarjah 5 pada x = 1.5. Gunakan had ralat Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dengan M = 1 untuk mencari ralat terbesar yang mungkin |R₅|.

f(x) = cos xn = 5x = 1.5M = 1
|R₅| =
13.Transformasi LaplaceSederhana
t (s)f(t)t = 0.8f(0.8) = ?

Cari f(t) bagi F(s) = 10/(s(s + 1)(s + 4)) dengan pecahan separa, dan nilaikan f(0.8).

F(s) = 10/(s(s + 1)(s + 4))t = 0.8 s
f(0.8) =
14.Transformasi LaplaceSukar
ReIm−0.5−1−1.5−2−2.5−3−3.5−4−4.50.51

Satu sistem diterangkan oleh persamaan pembezaan y″ + 6y′ + 8y = 4u′ + 14u, dengan masukan u(t) dan keluaran y(t). Cari fungsi pindahnya G(s) = Y(s)/U(s) (syarat awal sifar) dan nilaikan sambutan dedenyut g(t) pada t = 0.1 s. Cari g(0.1).

y″ + 6y′ + 8y = 4u′ + 14ut = 0.1 s
g(0.1) =
15.Konvolusi & sistem LTISederhana
x(t)t1h(t)t0.21

Sistem mempunyai sambutan impuls h(t) = e−5tu(t). Inputnya ialah langkah x(t) = 1·u(t). Cari output y(0.2) pada t = 0.2 s.

h(t) = e−5tu(t)x(t) = 1·u(t)t = 0.2 s
y(0.2) =
16.Konvolusi & sistem LTISukar
x(t)t (ms)510202−2

Gelombang segi tiga naik dan turun secara linear antara −2 dan +2 dengan tempoh T = 10 ms. Cari amplitud c1 komponen Fouriernya pada 100 Hz.

±2T = 10 msf = 100 Hz
c1 =

3Larutan

1.Persamaan pembezaan

Jawapan: T = 284.8 °C

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.

Penyelesaian hukum penyejukan

T(t) = 26 + 414·e−0.01t

Gantikan t

T(47) = 26 + 414·0.625 = 284.8 °C

Jawapan

T = 284.8 °C
2.Persamaan pembezaan

Jawapan: m = 9.174 kg

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.

Sediakan persamaan

dm/dt = 4·0.1 − (4/100)·m = 0.4 − 0.04·m

Selesaikan

Faktor pengamiran ialah ert/V; penyelesaiannya menghampiri keseimbangan c·V.

m(t) = 10 + (−5)·e−t/25

Gantikan t

m(45) = 10 + (−5)·0.1653 = 9.174 kg

Jawapan

m = 9.174 kg
3.Matriks & penentu

Jawapan: det A = 89

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 = 16, M₁₂ = −1, M₁₃ = 9

Pengembangan kofaktor

det A = 3·16 − 5·(−1) + 4·9 = 89

Jawapan

det A = 89
4.Matriks & penentu

Jawapan: x = −43

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.

Penentu matriks pekali

det A = (−1)·(−2) − (−3)·(−1) = −1

Gantikan lajur x

det Aₓ = (−11)·(−2) − (−3)·7 = 43
x = 43/(−1) = −43

Jawapan

x = −43
y = 18
5.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: W = 165 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 = (2, 0, 4) − (−3, 5, 1) = (5, −5, 3) m

Kerja

W = F·d = 30·5 + (−15)·(−5) + (−20)·3 = 165 J

Jawapan

W = 165 J
6.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: (a × b)z = −20

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, komponen demi komponen

(a × b)x = aybz − azby = 5·(−2) − 3·0 = −10
(a × b)y = azbx − axbz = 3·4 − 1·(−2) = 14
(a × b)z = axby − aybx = 1·0 − 5·4 = −20

Komponen yang diminta

(a × b)z = −20

Jawapan

(a × b)z = −20

Semak: a × b berserenjang dengan kedua-dua vektor, maka hasil darab titiknya dengan a dan dengan b ialah sifar.

7.Kamiran

Jawapan: I = 1.386

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.

Antiterbitan

F(x) = ln x

Nilaikan pada had

I = (ln 4 − ln 1) = ln 4 = 1.386

Jawapan

I = 1.386
8.Kamiran

Jawapan: A = 0.04167

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 = x → x = 0, x = 0.5

Kamirkan atas tolak bawah

A = [0.5x2 − 0.6667x3]00.5 = 0.04167

Jawapan

A = 0.04167
9.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: c = −5.854

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(0.5, −1) = 0.7016
fx = −2 cos(−x + 3y) → fx(0.5, −1) = 1.873
fy = 6 cos(−x + 3y) → fy(0.5, −1) = −5.619

Satah tangen

z = 0.7016 + 1.873(x − 0.5) − 5.619(y + 1)
z = 1.873x − 5.619y − 5.854

Sebutan malar

c = −5.854

Jawapan

c = −5.854
10.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: I = 1.333

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 = 2x → x = 0, x = 2

Kamiran dalam

∫x²2x x dy = x(2x − x²) = 2x² − x³

Kamiran luar

I = ∫02 (2x² − x³) dx = 1.333

Jawapan

I = 1.333
11.Jujukan & siri

Jawapan: B: Σ 1/k³

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.

Uji setiap siri

A: Σ (5/4)ᵏ → Geometri dengan r = 5/4 > 1: sebutan membesar, maka ia mencapah.
B: Σ 1/k³ → Siri-p dengan p = 3 > 1: menumpu.
C: Σ (1 + 1/k)ᵏ → Sebutan menuju e, bukan 0: mencapah melalui ujian sebutan ke-n.
D: Σ 1/(2k + 2) → Berkelakuan seperti 1/(2k) untuk k yang besar; berbanding siri harmonik, ia mencapah.

Jawapannya

B: Σ 1/k³

Jawapan

B: Σ 1/k³
12.Jujukan & siri

Jawapan: |R₅| = 0.01582

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

|R₅| ≤ 1·1.5⁶/6! = 0.01582

Jawapan

|R₅| = 0.01582

Ralat sebenar lebih kecil: |f(1.5) − P₅(1.5)| = 0.0152.

13.Transformasi Laplace

Jawapan: f(0.8) = 1.036

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).

Pecahan separa

F(s) = A/s + B/(s + 1) + C/(s + 4)
A = 10/(1·4) = 2.5
B = 10/((−1)·3) = −3.333
C = 10/((−4)·(−3)) = 0.8333

Transformasi songsang

f(t) = 2.5 − 3.333·e−t + 0.8333·e−4t

Nilaikan

f(0.8) = 2.5 − 3.333·e−0.8 + 0.8333·e−4·0.8 = 1.036

Jawapan

f(0.8) = 1.036
14.Transformasi Laplace

Jawapan: g(0.1) = 3.127

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).

Fungsi pindah

G(s) = Y(s)/U(s) = (4s + 14)/(s² + 6s + 8)

Pecahan separa

s² + 6s + 8 = (s + 2)(s + 4)
A = 3, B = 1

Sambutan dedenyut

g(t) = 3·e−2t + e−4t
g(0.1) = 3.127

Jawapan

g(0.1) = 3.127
15.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: y(0.2) = 0.1264

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).

Konvolusi dengan langkah

y(t) = 1·∫₀ᵗ e−5τ dτ = (1/5)·(1 − e−5t)

Nilaikan

y(0.2) = 0.2·(1 − e−1) = 0.1264

Jawapan

y(0.2) = 0.1264
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: c1 = 1.621

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 = 1

Amplitud

c1 = 8·2/(π²·1²) = 1.621

Jawapan

c1 = 1.621

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