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)16Ta​49 °C35 °C

Secawan kopi pada 80 °C ditinggalkan di dalam bilik pada 24 °C. Selepas 16 min suhunya ialah 49 °C. Ia mengikut hukum penyejukan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama selepas permulaan, t, untuk mencapai 35 °C?

T0 = 80 °CTa = 24 °CT(16) = 49 °CT = 35 °C
t = min
2.Persamaan pembezaanSukar
tyy(0) = 5y(0.75) = ?

Selesaikan y″ + 3y′ + 27.25y = 0 dengan y(0) = 5 dan y′(0) = 0 (dilepaskan dari pegun). Cari y(0.75); sudut dalam radian.

y″ + 3y′ + 27.25y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(0.75) =
3.Matriks & penentuSederhana
A =−3−3−2−5−1325−5

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

A = [−3 −3 −2; −5 −1 3; 2 5 −5]
det A =
4.Matriks & penentuSukar
A =2350

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

A = [2 3; 5 0]
λ =
5.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana
xyzab

Cari unjuran skalar compb a bagi a = (−6, 4, −7) pada b = (6, −6, −4), iaitu komponen a dalam arah b.

a = (−6, 4, −7)b = (6, −6, −4)
compb a =
6.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzabc

Cari isi padu V parallelepiped yang sisinya dari satu bucu ialah a = (2, −5, −5), b = (1, 2, 2) dan c = (5, −4, −1).

a = (2, −5, −5)b = (1, 2, 2)c = (5, −4, −1)
V =
7.KamiranSederhana
xyπ/3y = x·sin x

Nilaikan I = ∫₀π/3 x·sin x dx (x dalam radian).

∫₀π/3 x·sin x dx
I =
8.KamiranSukar
xy−22

Cari luas A kawasan antara parabola y = 4 − x² dan paksi-x.

y = 4 − x²
A =
9.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana
xy−2−2P

Gunakan satah tangen bagi f(x, y) = −4x²y³ + 3y² + 2xy pada (−2, −2) untuk menganggarkan f(−1.8, −1.8). Beri hampiran linear L.

f(x, y) = −4x²y³ + 3y² + 2xy(a, b) = (−2, −2)(x, y) = (−1.8, −1.8)
L =
10.Kalkulus multipemboleh ubahSukar
xy1.51

Gunakan koordinat kutub untuk menilai I = ∬R √(x² + y²) dA, dengan R ialah gelang 1 ≤ x² + y² ≤ 2.25.

f = √(x² + y²)1 ≤ r ≤ 1.50 ≤ θ ≤ 2π
I =
11.Jujukan & siriSederhana
xx₀ = 2??R

Siri kuasa Σk=1∞ (x − 2)ᵏ/4ᵏ menumpu pada selang di sekitar x₀ = 2. Cari hujung kanan x selang itu.

Σ (x − 2)ᵏ/4ᵏx₀ = 2
x =
12.Jujukan & siriSukar

Kenali siri itu dan cari hasil tambahnya: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·1.52k+1/(2k + 1)!.

ak = (−1)ᵏ·1.52k+1/(2k + 1)!
S =
13.Transformasi LaplaceSederhana
ReIm−1−2−3−4−51

Cari f(t) bagi F(s) = (4s + 20)/(s² + 6s + 10) dengan melengkapkan kuasa dua, dan nilaikan f(0.25).

F(s) = (4s + 20)/(s² + 6s + 10)t = 0.25 s
f(0.25) =
14.Transformasi LaplaceSukar
t (s)y(t)t = 0.3y(0.3) = ?

Selesaikan y″ + 4y′ + 3y = 0 dengan y(0) = −4 dan y′(0) = −10 menggunakan transformasi Laplace, dan cari y(0.3).

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = −4y′(0) = −10t = 0.3 s
y(0.3) =
15.Konvolusi & sistem LTISederhana
x(t)t−12h(t)t−10

Isyarat x(t) bukan sifar hanya antara t = −1 s dan t = 2 s, dan h(t) hanya antara t = −1 s dan t = 0 s. Cari masa tstart y(t) = x(t) ∗ h(t) bermula.

x: −1 … 2 sh: −1 … 0 s
tstart = s
16.Konvolusi & sistem LTISukar
x(t)t (ms)0.3124

Rentetan denyut mempunyai ketinggian 4, lebar denyut 0.3 ms dan tempoh 1 ms. Cari amplitud c2 harmonik nombor 2, pada 2000 Hz.

A = 4τ = 0.3 msT = 1 ms
c2 =

3Larutan

1.Persamaan pembezaan

Jawapan: t = 32.29 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(56/25)/16 = 0.0504 min⁻¹

Masa untuk mencapai sasaran

t = ln(56/11)/0.0504 = 32.29 min

Jawapan

t = 32.29 min
2.Persamaan pembezaan

Jawapan: y(0.75) = −1.61

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 kompleks

r = −1.5 ± 5j

Pemalar

A = 5, B = 1.5·5/5 = 1.5

Nilaikan

y(0.75) = e−1.125(5·cos 3.75 + 1.5·sin 3.75) = −1.61

Jawapan

y(0.75) = −1.61
3.Matriks & penentu

Jawapan: det A = 133

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 = −10, M₁₂ = 19, M₁₃ = −23

Pengembangan kofaktor

det A = (−3)·(−10) − (−3)·19 + (−2)·(−23) = 133

Jawapan

det A = 133
4.Matriks & penentu

Jawapan: λ = 5

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 + (−15) = 0

Selesaikan

λ = (2 ± √(64))/2 → λ = −3, 5
λ = 5

Jawapan

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

Jawapan: compb a = −3.411

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 = (−6)·6 + 4·(−6) + (−7)·(−4) = −32

Panjang b

|b| = √(6² + (−6)² + (−4)²) = 9.381

Unjuran skalar

compb a = a·b/|b| = −32/9.381 = −3.411

Jawapan

compb a = −3.411

Negatif: a mempunyai komponen yang menghala melawan b.

6.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: V = 27

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = 2·(−1) − 2·(−4) = 6
(b × c)y = bzcx − bxcz = 2·5 − 1·(−1) = 11
(b × c)z = bxcy − bycx = 1·(−4) − 2·5 = −14

Hasil darab titik dengan a

a·(b × c) = 2·6 + (−5)·11 + (−5)·(−14) = 27
V = |27| = 27

Jawapan

V = 27
7.Kamiran

Jawapan: I = 0.3424

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 = x, du = dx; dv = sin x dx, v = −cos x

Antiterbitan

∫x sin x dx = −x cos x + ∫cos x dx = −x cos x + sin x

Had

(−π/3·cos π/3 + sin π/3) − (0 + 0) = 0.3424

Jawapan

I = 0.3424
8.Kamiran

Jawapan: A = 10.67

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.

Sifar

4 − x² = 0 → x = ±2

Kamirkan

A = [4x − x³/3]−22 = 5.333 − (−5.333) = 10.67

Jawapan

A = 10.67
9.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: L = 80

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, −2) = 148
fx = −8xy³ + 2y → fx(−2, −2) = −132
fy = −12x²y² + 6y + 2x → fy(−2, −2) = −208

Satah tangen

z = 148 − 132(x + 2) − 208(y + 2)
z = −132x − 208y − 532

Hampiran linear

L = 148 + (−132)·0.2 + (−208)·0.2 = 80

Jawapan

L = 80

Nilai tepat ialah f = 91.78272; satah itu hampir kerana langkahnya kecil.

10.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: I = 4.974

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).

Bentuk kutub

I = ∫02π ∫11.5 r·r dr dθ

Kamirkan

∫ r·r dr = [r³/3]
I = 4.974

Jawapan

I = 4.974
11.Jujukan & siri

Jawapan: x = 6

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.

Pekali

ck/ck+1 = 4

Jejari

R = 4

Selang

−2 < x < 6
x = 6

Jawapan

x = 6

Ujian nisbah tidak menentukan apa-apa pada kedua-dua titik hujung; ia mesti disemak secara berasingan.

12.Jujukan & siri

Jawapan: S = 0.9975

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.

Siri piawai

Σ (−1)ᵏx2k+1/(2k + 1)! = sin x

Gantikan

x = 1.5
S = sin 1.5 = 0.9975

Jawapan

S = 0.9975
13.Transformasi Laplace

Jawapan: f(0.25) = 2.766

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 + 6s + 10 = (s + 3)² + 1 = (s + 3)² + 1²

Padankan pengangka

F(s) = 4·(s + 3)/((s + 3)² + 1²) + (8/1)·1/((s + 3)² + 1²)

Transformasi songsang

f(t) = e−3t·(4·cos 1t + 8·sin 1t)
f(0.25) = e−3·0.25·(4·cos(1·0.25) + 8·sin(1·0.25)) = 2.766

Jawapan

f(0.25) = 2.766
14.Transformasi Laplace

Jawapan: y(0.3) = −5.303

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

s²Y − (−4)s − (−10) + 4(sY − (−4)) + 3Y = 0
Y(s) = (−4s − 26)/((s + 1)(s + 3))

Pecahan separa

A = −22/2 = −11
B = −14/(−2) = 7

Keputusan

y(t) = −11·e−t + 7·e−3t
y(0.3) = −5.303

Jawapan

y(0.3) = −5.303

Semak: y(0) = A + B = −4.

15.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: tstart = −2 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 = 2 + 0 = 2 s

Jawapan

tstart = −2 s

Jawapan

tstart = −2 s
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: c2 = 1.211

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)|.

Kitar tugas

D = 0.3/1 = 0.3

Amplitud harmonik

c2 = (2·4/(2π))·|sin(2π·0.3)| = 1.211

Jawapan

c2 = 1.211

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