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
tyy(0) = 3y(0.5) = ?

Selesaikan y″ + 2y′ + y = 0 dengan y(0) = 3 dan y′(0) = 0. Cari y(0.5).

y″ + 2y′ + y = 0y(0) = 3y′(0) = 0
y(0.5) =
2.Persamaan pembezaanSukar
tyy(0) = 5y(0.75) = ?

Selesaikan y″ + y′ + 4.25y = 0 dengan y(0) = 5 dan y′(0) = 0 (dilepaskan dari pegun). Cari y(0.75); sudut dalam radian.

y″ + y′ + 4.25y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(0.75) =
3.Matriks & penentuSederhana
A =−2−2−3−45−5−2−2−1

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

A = [−2 −2 −3; −4 5 −5; −2 −2 −1]
det A =
4.Matriks & penentuSukar
A =−36−6−1b =99

Selesaikan sistem −3x + 6y = 9 dan −6x − y = 9. Cari x.

−3x + 6y = 9−6x − y = 9
x =
5.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana
xyzab

Cari nilai k supaya vektor a = (2, −6, −6) dan b = (6, k, 4) berserenjang.

a = (2, −6, −6)b = (6, k, 4)
k =
6.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzab

Vektor unit n̂ berserenjang dengan kedua-dua a = (−2, 3, 1) dan b = (5, 0, −1) dan mempunyai komponen-z positif. Cari komponen-xnya n̂x.

a = (−2, 3, 1)b = (5, 0, −1)n̂z > 0
n̂x =
7.KamiranSederhana
xy02

Nilaikan I = ∫02 2x·(x² + 1)2 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 2]
I =
8.KamiranSukar
xy3y = x²eˣ

Nilaikan I = ∫₀3 x²·eˣ dx.

∫₀3 x²eˣ dx
I =
9.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana
xy33P

Satah tangen kepada z = 4x²y − 3x³ − 5y³ − 2xy pada titik yang (x, y) = (3, 3) boleh ditulis sebagai z = px + qy + c. Cari c.

f(x, y) = 4x²y − 3x³ − 5y³ − 2xy(a, b) = (3, 3)
c =
10.Kalkulus multipemboleh ubahSukar
xy−202−202ABC

Titik bertanda ialah titik genting bagi f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy. Klik titik pelana.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy
  1. 1A (2, 2)
  2. 2B (−2, −2)
  3. 3C (0, 0)
11.Jujukan & siriSederhana
k|aₖ|¹ᐟᵏ123456789101112

Gunakan ujian punca pada Σk=1∞ ((4k + 6)/(3k + 6))ᵏ. Cari L = lim |ak|1/k.

ak = ((4k + 6)/(3k + 6))ᵏ
L =
12.Jujukan & siriSukar

Cari pekali c₃ bagi (x − 2)³ dalam siri Taylor bagi f(x) = 1/x di sekitar a = 2.

f(x) = 1/xa = 2k = 3
c₃ =
13.Transformasi LaplaceSederhana
t (s)f(t)t = 0.3f(0.3) = ?

Cari f(t) bagi F(s) = (2s + 36)/(s² + 8s + 16) dan nilaikan f(0.3).

F(s) = (2s + 36)/(s² + 8s + 16)t = 0.3 s
f(0.3) =
14.Transformasi LaplaceSukar
ReIm−1−2−3−4−5−61

Satu sistem diterangkan oleh persamaan pembezaan y″ + 10y′ + 24y = 7u, 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 = 0.3 s. Cari g(0.3).

y″ + 10y′ + 24y = 7ut = 0.3 s
g(0.3) =
15.Konvolusi & sistem LTISederhana
x(t)t03h(t)t34

Isyarat x(t) bukan sifar hanya antara t = 0 s dan t = 3 s, dan h(t) hanya antara t = 3 s dan t = 4 s. Cari tempoh D y(t) = x(t) ∗ h(t).

x: 0 … 3 sh: 3 … 4 s
D = s
16.Konvolusi & sistem LTISukar
x(t)t (ms)0.5124

Gelombang segi empat bertukar antara 4 dan 0 dengan tempoh T = 1 ms (separuh tempoh pada setiap aras). Cari amplitud c5 komponen Fouriernya pada 5000 Hz.

0 … 4T = 1 msf = 5000 Hz
c5 =

3Larutan

1.Persamaan pembezaan

Jawapan: y(0.5) = 2.729

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 + 1)² = 0 → r = −1

Pemalar

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 1A → B = 0 + 3 = 3

Nilaikan

y(0.5) = (3 + 3·0.5)·e−0.5 = 2.729

Jawapan

y(0.5) = 2.729
2.Persamaan pembezaan

Jawapan: y(0.75) = 1.1

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 = −0.5 ± 2j

Pemalar

A = 5, B = 0.5·5/2 = 1.25

Nilaikan

y(0.75) = e−0.375(5·cos 1.5 + 1.25·sin 1.5) = 1.1

Jawapan

y(0.75) = 1.1
3.Matriks & penentu

Jawapan: det A = −36

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 = −6, M₁₃ = 18

Pengembangan kofaktor

det A = (−2)·(−15) − (−2)·(−6) + (−3)·18 = −36

Jawapan

det A = −36
4.Matriks & penentu

Jawapan: x = −1.615

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)·(−1) − 6·(−6) = 39

Gantikan lajur x

det Aₓ = 9·(−1) − 6·9 = −63
x = −63/39 = −1.615

Jawapan

x = −1.615
y = 0.6923
5.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: k = −2

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 sama dengan sifar

a·b = 2·6 + (−6)·k + (−6)·4 = 0
−12 + (−6)·k = 0

Selesaikan untuk k

k = −(−12)/(−6) = −2

Jawapan

k = −2
6.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: n̂x = 0.1925

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

(a × b)x = aybz − azby = 3·(−1) − 1·0 = −3
(a × b)y = azbx − axbz = 1·5 − (−2)·(−1) = 3
(a × b)z = axby − aybx = (−2)·0 − 3·5 = −15

Normalkan

Komponen-z bagi a × b negatif, maka gunakan −(a × b).

|a × b| = √((−3)² + 3² + (−15)²) = 15.59
n̂ = −(−3, 3, −15)/15.59 = (0.1925, −0.1925, 0.9623)
n̂x = 0.1925

Jawapan

n̂x = 0.1925
7.Kamiran

Jawapan: I = 41.33

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.

Penggantian

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u2 du

Kamirkan dan nilaikan

I = [u3/3]15 = (125 − 1)/3 = 41.33

Jawapan

I = 41.33
8.Kamiran

Jawapan: I = 98.43

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

20.09·(5) − 1·2 = 98.43

Jawapan

I = 98.43
9.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: c = 234

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(3, 3) = −126
fx = 8xy − 9x² − 2y → fx(3, 3) = −15
fy = 4x² − 15y² − 2x → fy(3, 3) = −105

Satah tangen

z = −126 − 15(x − 3) − 105(y − 3)
z = −15x − 105y + 234

Sebutan malar

c = 234

Jawapan

c = 234
10.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: C (0, 0)

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 = 4x³ − 16y = 0
fy = 4y³ − 16x = 0
(0, 0), (2, 2), (−2, −2)

Ujian terbitan kedua

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −16, D = −256 → titik pelana
(2, 2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → minimum tempatan
(−2, −2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → minimum tempatan

Titik itu

C (0, 0): titik pelana

Jawapan

C (0, 0)
11.Jujukan & siri

Jawapan: L = 1.333

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 = (4k + 6)/(3k + 6) → 4/3

Kesimpulan

L = 1.333 > 1

Jawapan

L = 1.333

L > 1, maka siri itu mencapah.

12.Jujukan & siri

Jawapan: c₃ = −0.0625

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.

Terbitan f⁽³⁾

f⁽³⁾(x) = −6/x⁴

Pekali

c₃ = −6/(2⁴·6) = −0.0625
c₃ = −0.0625

Jawapan

c₃ = −0.0625
13.Transformasi Laplace

Jawapan: f(0.3) = 3.132

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 + 36 = 2(s + 4) + 28
F(s) = 2/(s + 4) + 28/(s + 4)²

Transformasi songsang

f(t) = 2·e−4t + 28·t·e−4t
f(0.3) = (2 + 28·0.3)·e−4·0.3 = 3.132

Jawapan

f(0.3) = 3.132
14.Transformasi Laplace

Jawapan: g(0.3) = 0.4756

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) = 7/(s² + 10s + 24)

Pecahan separa

s² + 10s + 24 = (s + 4)(s + 6)
A = 3.5, B = −3.5

Sambutan dedenyut

g(t) = 3.5·e−4t − 3.5·e−6t
g(0.3) = 0.4756

Jawapan

g(0.3) = 0.4756
15.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: D = 4 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 = 0 + 3 = 3 s
tend = 3 + 4 = 7 s

Jawapan

D = 4 s

Jawapan

D = 4 s
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: c5 = 0.5093

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 = 1000 Hz → k = 5000/1000 = 5

Amplitud

c5 = 4·2/(5π) = 0.5093

Jawapan

c5 = 0.5093

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