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
Tulis setiap vektor dalam komponen; bagi daya yang diberikan oleh magnitud dan sudut, gunakan F·cos θ dan F·sin θ.
Untuk panjang dan arah gunakan magnitud √(x² + y² + z²) dan vektor unit a/|a|.
Gunakan hasil darab titik untuk sudut, unjuran, keserenjangan dan kerja: a·b = |a||b|cos θ.
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
Tulis semula kamiran sebagai hasil tambah sebutan ringkas jika boleh.
Gunakan petua kuasa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), dan kamiran piawai untuk ex, 1/x, sin dan cos.
Gunakan penggantian apabila anda melihat satu fungsi dan terbitannya bersama.
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
Untuk terbitan separa, anggap pemboleh ubah yang satu lagi sebagai pemalar dan gunakan petua satu pemboleh ubah.
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.
Untuk ekstrem selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama, kemudian kelaskan setiap titik dengan D = fxx·fyy − fxy².
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
Kenal pasti jenisnya: aritmetik (beza malar), geometri (nisbah malar), siri piawai, siri kuasa atau polinomial Taylor.
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.
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.
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
Lakarkan kedua-dua isyarat dan catat di mana setiap satu bukan sifar.
Balikkan h dan gelongsorkannya: bagi setiap masa output, cari julat di mana kedua-dua isyarat bertindih.
Darab dan tambah (diskret) atau darab dan kamirkan (selanjar) pada pertindihan itu sahaja.
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
Selesaikan y″ + 6y′ + 9y = 0 dengan y(0) = 3 dan y′(0) = -2. Cari y(1.5).
y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 3y′(0) = -2
y(1.5) =
2.Persamaan pembezaanSukar
Sebuah tangki mengandungi 400 L air yang di dalamnya terlarut 20 kg garam. 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. Berapakah jumlah garam m dalam tangki selepas 75 min?
V = 400 Lm0 = 20 kgc = 0.1 kg/Lr = 10 L/min
m = kg
3.Matriks & penentuSederhana
Cari penentu det A bagi matriks 3×3 A yang ditunjukkan.
A = [3 1 4; −4 −1 4; −5 −4 1]
det A =
4.Matriks & penentuSukar
Cari nilai eigen yang lebih besar λ bagi matriks A yang ditunjukkan.
A = [0 1; 5 4]
λ =
5.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana
Cari sudut θ antara vektor a = (6, 5, −6) dan b = (3, −2, 3), dalam darjah.
a = (6, 5, −6)b = (3, −2, 3)
θ = °
6.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
Bagi a = (−2, −1, −2) dan b = (2, 5, −5), cari komponen-x (a × b)x hasil darab silang a × b.
a = (−2, −1, −2)b = (2, 5, −5)
(a × b)x =
7.KamiranSederhana
Nilaikan I = ∫₀1 x·sin x dx (x dalam radian).
∫₀1 x·sin x dx
I =
8.KamiranSukar
Rantau antara garis y = 3x dan parabola y = 3x² diputarkan pada paksi-x. Cari isi padu V pepejal itu.
y = 3xy = 3x²
V =
9.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana
Bagi f(x, y) = 4x²y³ − x² − 3y², cari kadar perubahan maksimum f pada titik (1, 2), iaitu |∇f|.
f(x, y) = 4x²y³ − x² − 3y²P = (1, 2)
|∇f| =
10.Kalkulus multipemboleh ubahSukar
Titik bertanda ialah titik genting bagi f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 6y. Klik titik pelana.
f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 6y
1A (3, −3)
2B (−3, −3)
11.Jujukan & siriSederhana
Gunakan ujian punca pada Σk=1∞ ((5k + 6)/(6k + 3))ᵏ. Cari L = lim |ak|1/k.
ak = ((5k + 6)/(6k + 3))ᵏ
L =
12.Jujukan & siriSukar
f(x) = eˣ dianggarkan oleh polinomial Maclaurin berdarjah 2 pada x = 1. Gunakan had ralat Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dengan M = e1 = 2.718 untuk mencari ralat terbesar yang mungkin |R₂|.
f(x) = eˣn = 2x = 1M = 2.718
|R₂| =
13.Transformasi LaplaceSederhana
Cari f(t) bagi F(s) = (2s + 15)/(s² + 8s + 16) dan nilaikan f(0.3).
F(s) = (2s + 15)/(s² + 8s + 16)t = 0.3 s
f(0.3) =
14.Transformasi LaplaceSukar
Selesaikan y″ + 9y′ + 18y = 0 dengan y(0) = −6 dan y′(0) = −15 menggunakan transformasi Laplace, dan cari y(0.2).
y″ + 9y′ + 18y = 0y(0) = −6y′(0) = −15t = 0.2 s
y(0.2) =
15.Konvolusi & sistem LTISederhana
Denyut x(t) = 10 untuk 0 ≤ t < 3 s dikonvolusikan dengan h(t), segi tiga yang jatuh secara linear dari 4 pada t = 0 ke 0 pada t = 4 s. Cari luas Ay di bawah y(t) = x(t) ∗ h(t).
x(t) = 10, 0 ≤ t < 3 sh(0) = 4, h(4) = 0
Ay =
16.Konvolusi & sistem LTISukar
Sistem mematuhi y[n] = 0.8·y[n − 1] + 4·x[n] dan bermula dalam keadaan rehat. Cari sampel sambutan impulsnya h[3].
y[n] = 0.8y[n − 1] + 4x[n]x[n] = δ[n]
h[3] =
3Larutan
1.Persamaan pembezaan
Jawapan: y(1.5) = 0.15
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 berganda
(r + 3)² = 0 → r = −3
Pemalar
A = y(0) = 3
y′(0) = B − 3A → B = -2 + 9 = 7
Nilaikan
y(1.5) = (3 + 7·1.5)·e−4.5 = 0.15
Jawapan
y(1.5) = 0.15
2.Persamaan pembezaan
Jawapan: m = 36.93 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 = 10·0.1 − (10/400)·m = 1 − 0.025·m
Selesaikan
Faktor pengamiran ialah ert/V; penyelesaiannya menghampiri keseimbangan c·V.
m(t) = 40 + (−20)·e−t/40
Gantikan t
m(75) = 40 + (−20)·0.1534 = 36.93 kg
Jawapan
m = 36.93 kg
3.Matriks & penentu
Jawapan: det A = 73
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 = 16, M₁₃ = 11
Pengembangan kofaktor
det A = 3·15 − 1·16 + 4·11 = 73
Jawapan
det A = 73
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 − (4)λ + (−5) = 0
Selesaikan
λ = (4 ± √(36))/2 → λ = −1, 5
λ = 5
Jawapan
λ = 5
5.Vektor: hasil darab titik & silang
Jawapan: θ = 102.5 °
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.
Hasil darab titik
a·b = 6·3 + 5·(−2) + (−6)·3 = −10
Magnitud
|a| = √(6² + 5² + (−6)²) = 9.849
|b| = √(3² + (−2)² + 3²) = 4.69
Sudut
cos θ = −10/(9.849·4.69) = −0.2165
θ = arccos(−0.2165) = 102.5°
Jawapan
θ = 102.5°
6.Vektor: hasil darab titik & silang
Jawapan: (a × b)x = 15
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, komponen demi komponen
(a × b)x = aybz − azby = (−1)·(−5) − (−2)·5 = 15
(a × b)y = azbx − axbz = (−2)·2 − (−2)·(−5) = −14
(a × b)z = axby − aybx = (−2)·5 − (−1)·2 = −8
Komponen yang diminta
(a × b)x = 15
Jawapan
(a × b)x = 15
Semak: a × b berserenjang dengan kedua-dua vektor, maka hasil darab titiknya dengan a dan dengan b ialah sifar.
7.Kamiran
Jawapan: I = 0.3012
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
(−1·cos 1 + sin 1) − (0 + 0) = 0.3012
Jawapan
I = 0.3012
8.Kamiran
Jawapan: V = 3.77
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.
Titik persilangan
3x = 3x² → x = 0, x = 1
Kaedah sesendal
V = π∫₀1 ((3x)² − (3x²)²) dx
Kamirkan
V = π(9·1³/3 − 9·1⁵/5) = π·1.2 = 3.77
Jawapan
V = 3.77
9.Kalkulus multipemboleh ubah
Jawapan: |∇f| = 71.69
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.
Terbitan separa
fx = 8xy³ − 2x → fx(1, 2) = 62
fy = 12x²y² − 6y → fy(1, 2) = 36
Panjang kecerunan
|∇f| = √(62² + 36²) = 71.69
Jawapan
|∇f| = 71.69
10.Kalkulus multipemboleh ubah
Jawapan: B (−3, −3)
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 + 6) = 0
(3, −3), (−3, −3)
Ujian terbitan kedua
(3, −3): fxx = −18, fyy = −2, fxy = 0, D = 36 → maksimum tempatan
(−3, −3): fxx = 18, fyy = −2, fxy = 0, D = −36 → titik pelana
Titik itu
B (−3, −3): titik pelana
Jawapan
B (−3, −3)
11.Jujukan & siri
Jawapan: L = 0.8333
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 = (5k + 6)/(6k + 3) → 5/6
Kesimpulan
L = 0.8333 < 1
Jawapan
L = 0.8333
L < 1, maka siri itu menumpu.
12.Jujukan & siri
Jawapan: |R₂| = 0.453
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 = e1 = 2.718
Had Lagrange
|R₂| ≤ 2.718·1³/3! = 0.453
Jawapan
|R₂| = 0.453
Ralat sebenar lebih kecil: |f(1) − P₂(1)| = 0.2183.
13.Transformasi Laplace
Jawapan: f(0.3) = 1.235
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 + 8s + 16 = (s + 4)²
Pecahan separa
2s + 15 = 2(s + 4) + 7
F(s) = 2/(s + 4) + 7/(s + 4)²
Transformasi songsang
f(t) = 2·e−4t + 7·t·e−4t
f(0.3) = (2 + 7·0.3)·e−4·0.3 = 1.235
Jawapan
f(0.3) = 1.235
14.Transformasi Laplace
Jawapan: y(0.2) = −6.017
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 − (−6)s − (−15) + 9(sY − (−6)) + 18Y = 0
Y(s) = (−6s − 69)/((s + 3)(s + 6))
Pecahan separa
A = −51/3 = −17
B = −33/(−3) = 11
Keputusan
y(t) = −17·e−3t + 11·e−6t
y(0.2) = −6.017
Jawapan
y(0.2) = −6.017
Semak: y(0) = A + B = −6.
15.Konvolusi & sistem LTI
Jawapan: Ay = 240
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).
Luas input
∫x dt = 10·3 = 30
∫h dt = ½·4·4 = 8
Luas output
Ay = 30·8 = 240
Jawapan
Ay = 240
16.Konvolusi & sistem LTI
Jawapan: h[3] = 2.048
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)|.