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)33Ta​98 °C

Sebuah bahagian keluli tempaan pada 300 °C dibiarkan sejuk di dalam bengkel pada 25 °C. Selepas 33 min suhunya ialah 98 °C. Ia mengikut hukum penyejukan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Cari pemalar k dalam min⁻¹.

T0 = 300 °CTa = 25 °CT(33) = 98 °C
k = min⁻¹
2.Persamaan pembezaanSukar
t (min)m (kg)t = ?7 kg

Sebuah tangki mengandungi 100 L air tulen. Air garam dengan 0.1 kg garam setiap liter mengalir masuk pada 10 L/min, dan larutan yang bercampur sekata mengalir keluar pada kadar yang sama. Selepas berapa minit t tangki mengandungi 7 kg garam?

V = 100 Lm0 = 0 kgc = 0.1 kg/Lr = 10 L/min
t = min
3.Matriks & penentuSederhana
A =−43−3−55−22−5−1

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

A = [−4 3 −3; −5 5 −2; 2 −5 −1]
det A =
4.Matriks & penentuSukar
A =3144b =4−9

Selesaikan sistem 3x + y = 4 dan 4x + 4y = −9. Cari x.

3x + y = 44x + 4y = −9
x =
5.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana
xyzdFAB

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

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

Cari isi padu V parallelepiped yang sisinya dari satu bucu ialah a = (−3, 3, −1), b = (4, −3, 3) dan c = (−1, −1, −5).

a = (−3, 3, −1)b = (4, −3, 3)c = (−1, −1, −5)
V =
7.KamiranSederhana
xy1y = x·cos x

Nilaikan I = ∫₀1 x·cos x dx (x dalam radian).

∫₀1 x·cos x dx
I =
8.KamiranSukar
xy2.5y = x²eˣ

Nilaikan I = ∫₀2.5 x²·eˣ dx.

∫₀2.5 x²eˣ dx
I =
9.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana

z = −y·e−xy dengan x = 2t − 2 dan y = −2t² − 2. Gunakan petua rantai untuk mencari dz/dt pada t = 0.

z = −y·e−xyx = 2t − 2y = −2t² − 2t = 0
dz/dt =
10.Kalkulus multipemboleh ubahSukar
xy−202−202(0, 0)(1, 1)(−1, −1)

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy mempunyai titik genting pada (−1, −1). Hitung pembezalayan D = fxxfyy − fxy² di situ.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xyP = (−1, −1)
D =
11.Jujukan & siriSederhana
k|aₖ|¹ᐟᵏ123456789101112

Gunakan ujian punca pada Σk=1∞ ((3k + 3)/(2k + 5))ᵏ. Cari L = lim |ak|1/k.

ak = ((3k + 3)/(2k + 5))ᵏ
L =
12.Jujukan & siriSukar

Kenali siri itu dan cari hasil tambahnya: S = Σk=1∞ (−1)k+1·0.75ᵏ/k.

ak = (−1)k+1·0.75ᵏ/k
S =
13.Transformasi LaplaceSederhana
ReIm−2−424

Cari f(t) bagi F(s) = (s + 5)/(s² + 2s + 17) dengan melengkapkan kuasa dua, dan nilaikan f(0.5).

F(s) = (s + 5)/(s² + 2s + 17)t = 0.5 s
f(0.5) =
14.Transformasi LaplaceSukar
t (s)y(t)t = 0.8y(0.8) = ?

Satu sistem mematuhi y″ + 4y′ + 3y = 9·u(t). Ia bermula dari keadaan rehat (y(0) = 0, y′(0) = 0) dan masukannya ialah langkah u(t) = 10 untuk t ≥ 0. Gunakan transformasi Laplace untuk mencari keluaran y(0.8).

y″ + 4y′ + 3y = 9·u(t)u(t) = 10y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0.8 s
y(0.8) =
15.Konvolusi & sistem LTISederhana
x(t)t4h(t)t0.51

Sistem mempunyai sambutan impuls h(t) = e−2tu(t). Inputnya ialah langkah x(t) = 4·u(t). Cari output y(1.5) pada t = 1.5 s.

h(t) = e−2tu(t)x(t) = 4·u(t)t = 1.5 s
y(1.5) =
16.Konvolusi & sistem LTISukar
x(t)t (ms)2.55104−4

Gelombang segi tiga naik dan turun secara linear antara −4 dan +4 dengan tempoh T = 5 ms. Cari amplitud c1 komponen Fouriernya pada 200 Hz.

±4T = 5 msf = 200 Hz
c1 =

3Larutan

1.Persamaan pembezaan

Jawapan: k = 0.04019 min⁻¹

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.

Nisbah beza suhu

e−33k = 73/275

Selesaikan untuk k

k = ln(275/73)/33 = 0.04019 min⁻¹

Jawapan

k = 0.04019 min⁻¹
2.Persamaan pembezaan

Jawapan: t = 12.04 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.

Keputusan

m(t) = 10 + (−10)·e−t/10

Selesaikan untuk t

e−t/10 = (10 − 7)/(10 − 0) = 0.3
t = 10·ln(3.333) = 12.04 min

Jawapan

t = 12.04 min
3.Matriks & penentu

Jawapan: det A = −12

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 = −15, M₁₂ = 9, M₁₃ = 15

Pengembangan kofaktor

det A = (−4)·(−15) − 3·9 + (−3)·15 = −12

Jawapan

det A = −12
4.Matriks & penentu

Jawapan: x = 3.125

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 = 3·4 − 1·4 = 8

Gantikan lajur x

det Aₓ = 4·4 − 1·(−9) = 25
x = 25/8 = 3.125

Jawapan

x = 3.125
y = −5.375
5.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: W = 30 J

Hasil darab titik: a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, satu skalar. Ia memberikan sudut antara dua vektor, cos θ = a·b/(|a|·|b|), dan ia sifar apabila kedua-duanya berserenjang. Unjuran skalar a pada b ialah a·b/|b|, dan daya malar F yang bergerak melalui sesaran d melakukan kerja W = F·d.

Sesaran

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

Kerja

W = F·d = (−15)·3 + (−15)·(−3) + (−15)·(−2) = 30 J

Jawapan

W = 30 J
6.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: V = 4

Hasil darab silang: a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) berserenjang dengan kedua-dua vektor, dan |a × b| = |a|·|b|·sin θ ialah luas segi empat selari yang direntanginya (segi tiga mempunyai separuhnya). Susunan penting: b × a = −(a × b). Momen daya F yang dikenakan pada titik A terhadap titik O ialah MO = r × F, dengan r = A − O.

Hasil darab silang b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = (−3)·(−5) − 3·(−1) = 18
(b × c)y = bzcx − bxcz = 3·(−1) − 4·(−5) = 17
(b × c)z = bxcy − bycx = 4·(−1) − (−3)·(−1) = −7

Hasil darab titik dengan a

a·(b × c) = (−3)·18 + 3·17 + (−1)·(−7) = 4
V = |4| = 4

Jawapan

V = 4
7.Kamiran

Jawapan: I = 0.3818

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 = cos x dx, v = sin x

Antiterbitan

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

Had

(1·sin 1 + cos 1) − (0 + 1) = 0.3818

Jawapan

I = 0.3818
8.Kamiran

Jawapan: I = 37.59

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

12.18·(3.25) − 1·2 = 37.59

Jawapan

I = 37.59
9.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: dz/dt = 0.1465

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(0) = −2, y(0) = −2
dx/dt = 2, dy/dt = −4t = 0

Terbitan separa

fx = y²e−xy = 0.07326
fy = −e−xy(1 − xy) = 0.05495

Petua rantai

dz/dt = 0.07326·2 + 0.05495·0 = 0.1465

Jawapan

dz/dt = 0.1465
10.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: D = 128

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).

Terbitan kedua

fxx = 12, fyy = 12, fxy = −4

Pembezalayan

D = 12·12 − (−4)² = 128
→ minimum tempatan

Jawapan

D = 128
11.Jujukan & siri

Jawapan: L = 1.5

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 = (3k + 3)/(2k + 5) → 3/2

Kesimpulan

L = 1.5 > 1

Jawapan

L = 1.5

L > 1, maka siri itu mencapah.

12.Jujukan & siri

Jawapan: S = 0.5596

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)k+1xᵏ/k = ln(1 + x)

Gantikan

x = 0.75
S = ln 1.75 = 0.5596

Jawapan

S = 0.5596
13.Transformasi Laplace

Jawapan: f(0.5) = 0.2991

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 + 17 = (s + 1)² + 16 = (s + 1)² + 4²

Padankan pengangka

F(s) = 1·(s + 1)/((s + 1)² + 4²) + (4/4)·4/((s + 1)² + 4²)

Transformasi songsang

f(t) = e−t·(cos 4t + sin 4t)
f(0.5) = e−0.5·(cos(4·0.5) + sin(4·0.5)) = 0.2991

Jawapan

f(0.5) = 0.2991
14.Transformasi Laplace

Jawapan: y(0.8) = 11.14

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

Y(s) = 90/(s(s + 1)(s + 3))

Pecahan separa

A = 90/(1·3) = 30
B = 90/((−1)·2) = −45
C = 90/((−3)·(−2)) = 15

Pengeluaran

y(t) = 30 − 45·e−t + 15·e−3t
y(0.8) = 11.14

Jawapan

y(0.8) = 11.14
15.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: y(1.5) = 1.9

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) = 4·∫₀ᵗ e−2τ dτ = (4/2)·(1 − e−2t)

Nilaikan

y(1.5) = 2·(1 − e−3) = 1.9

Jawapan

y(1.5) = 1.9
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: c1 = 3.242

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 = 200 Hz → k = 1

Amplitud

c1 = 8·4/(π²·1²) = 3.242

Jawapan

c1 = 3.242

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