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)54Ta​181 °C120 °C

Sebuah bahagian keluli tempaan pada 480 °C dibiarkan sejuk di dalam bengkel pada 28 °C. Selepas 54 min suhunya ialah 181 °C. Ia mengikut hukum penyejukan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama selepas permulaan, t, untuk mencapai 120 °C?

T0 = 480 °CTa = 28 °CT(54) = 181 °CT = 120 °C
t = min
2.Persamaan pembezaanSukar
tyK = 5y(0.25) = ?

Satu sistem mematuhi y″ + 3y′ + 27.25y = 136.3 untuk t ≥ 0, bermula dari pegun: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari y(0.25); sudut dalam radian.

y″ + 3y′ + 27.25y = 136.3y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.25) =
3.Matriks & penentuSederhana
A =3222−4−520−1

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

A = [3 2 2; 2 −4 −5; 2 0 −1]
det A =
4.Matriks & penentuSukar
A =−5−4−25b =−11−4

Selesaikan sistem −5x − 4y = −11 dan −2x + 5y = −4. Cari x.

−5x − 4y = −11−2x + 5y = −4
x =
5.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana
xyzab

Cari nilai k supaya vektor a = (−2, −2, −5) dan b = (k, 2, −5) berserenjang.

a = (−2, −2, −5)b = (k, 2, −5)
k =
6.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
xyzrFOA

Daya F = (60, 50, 50) N bertindak pada titik A(−3, 0, 4). Koordinat dalam meter. Cari komponen-y My momen daya terhadap asalan O(0, 0, 0).

F = (60, 50, 50) NA(−3, 0, 4) mO(0, 0, 0) m
My = N·m
7.KamiranSederhana
xy1y = √(4x)

Rantau di bawah y = √(4x) dari x = 0 ke x = 1 diputarkan pada paksi-x. Cari isi padu V pepejal itu (paraboloid).

y = √(4x)0 ≤ x ≤ 1
V =
8.KamiranSukar
xyy = x2​y = 4x

Cari luas A kawasan yang dikelilingi oleh y = x2 dan y = 4x.

y = x2y = 4x
A =
9.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana
xy23P

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

f(x, y) = 2xy − 3x³ + y³(a, b) = (2, 3)
c =
10.Kalkulus multipemboleh ubahSukar
xy−50−4−202AB

Titik bertanda ialah titik genting bagi f(x, y) = x³ + y³ + 9xy. Klik maksimum tempatan.

f(x, y) = x³ + y³ + 9xy
  1. 1A (0, 0)
  2. 2B (−3, −3)
11.Jujukan & siriSederhana
kSn​12345678910S = ?

Cari hasil tambah S = Σk=1∞ 1/(k(k + 3)).

ak = 1/(k(k + 3))
S =
12.Jujukan & siriSukar

f(x) = ln(1 + x) dianggarkan oleh polinomial Maclaurin berdarjah 2 pada x = 0.2. Gunakan had ralat Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dengan M = 2! = 2 untuk mencari ralat terbesar yang mungkin |R₂|.

f(x) = ln(1 + x)n = 2x = 0.2M = 2
|R₂| =
13.Transformasi LaplaceSederhana
ReIm−5−10−15−20−25−30−35−40

F(s) = (s + 36)/(s² + 8s + 7). Transformasi songsangnya berbentuk f(t) = A·e−t + B·e−7t. Cari pekali A dengan pecahan separa.

F(s) = (s + 36)/(s² + 8s + 7)
A =
14.Transformasi LaplaceSukar
t (s)y(t)t = 0.25y(0.25) = ?

Satu sistem mematuhi y″ + 9y′ + 20y = 40·u(t), dengan y(0) = 4 dan y′(0) = 0. Pada t = 0 masukan langkah u(t) = 4 dikenakan. Gunakan transformasi Laplace untuk mencari y(0.25).

y″ + 9y′ + 20y = 40·u(t)y(0) = 4y′(0) = 0u(t) = 4t = 0.25 s
y(0.25) =
15.Konvolusi & sistem LTISederhana
x(t)t2h(t)t1

Input x(t) = 2·e−4tu(t) dikenakan pada sistem dengan h(t) = e−1tu(t). Cari output y(1.5) pada t = 1.5 s.

x(t) = 2·e−4tu(t)h(t) = e−1tu(t)t = 1.5 s
y(1.5) =
16.Konvolusi & sistem LTISukar
10cos(7.5t)h(t) = 2e−10t​u(t)y(t)

Input x(t) = 10·cos(7.5t) dikenakan pada sistem dengan h(t) = 2·e−10tu(t). Cari amplitud Ym output keadaan mantap.

h(t) = 2e−10tu(t)x(t) = 10cos(7.5t)
Ym =

3Larutan

1.Persamaan pembezaan

Jawapan: t = 79.36 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(452/153)/54 = 0.02006 min⁻¹

Masa untuk mencapai sasaran

t = ln(452/92)/0.02006 = 79.36 min

Jawapan

t = 79.36 min
2.Persamaan pembezaan

Jawapan: y(0.25) = 2.938

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.

Nilai mantap dan punca

yss = 5, r = −1.5 ± 5j

Pemalar daripada nilai awal

y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −1.5A + 5B = 0 → B = −1.5

Nilaikan

y(0.25) = 5·(1 − e−0.375(cos 1.25 + 0.3·sin 1.25)) = 2.938

Jawapan

y(0.25) = 2.938
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 = 4, M₁₂ = 8, M₁₃ = 8

Pengembangan kofaktor

det A = 3·4 − 2·8 + 2·8 = 12

Jawapan

det A = 12
4.Matriks & penentu

Jawapan: x = 2.152

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 = (−5)·5 − (−4)·(−2) = −33

Gantikan lajur x

det Aₓ = (−11)·5 − (−4)·(−4) = −71
x = −71/(−33) = 2.152

Jawapan

x = 2.152
y = 0.06061
5.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: k = 10.5

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 sama dengan sifar

a·b = (−2)·k + (−2)·2 + (−5)·(−5) = 0
21 + (−2)·k = 0

Selesaikan untuk k

k = −21/(−2) = 10.5

Jawapan

k = 10.5
6.Vektor: hasil darab titik & silang

Jawapan: My = 390 N·m

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.

Vektor kedudukan dari O ke A

r = A − O = (−3, 0, 4) − (0, 0, 0) = (−3, 0, 4) m

Momen M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 0·50 − 4·50 = −200 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 4·60 − (−3)·50 = 390 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−3)·50 − 0·60 = −150 N·m

Komponen yang diminta

My = 390 N·m

Jawapan

My = 390 N·m
7.Kamiran

Jawapan: V = 6.283

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.

Kaedah cakera

V = π∫₀1 4x dx

Kamirkan

V = π·4·1²/2 = 6.283

Jawapan

V = 6.283
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.

Titik persilangan

x2 = 4x → x = 0, x = 4

Kamirkan atas tolak bawah

A = [2x2 − 0.3333x3]04 = 10.67

Jawapan

A = 10.67
9.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: c = −18

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, 3) = 15
fx = 2y − 9x² → fx(2, 3) = −30
fy = 2x + 3y² → fy(2, 3) = 31

Satah tangen

z = 15 − 30(x − 2) + 31(y − 3)
z = −30x + 31y − 18

Sebutan malar

c = −18

Jawapan

c = −18
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 + 9y = 0
fy = 3y² + 9x = 0
(0, 0), (−3, −3)

Ujian terbitan kedua

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = 9, D = −81 → titik pelana
(−3, −3): fxx = −18, fyy = −18, fxy = 9, D = 243 → maksimum tempatan

Titik itu

B (−3, −3): maksimum tempatan

Jawapan

B (−3, −3)
11.Jujukan & siri

Jawapan: S = 0.6111

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.

Pecahan separa

1/(k(k + 3)) = (1/3)·(1/k − 1/(k + 3))

Batal

S = (1/3)·(1 + 1/2 + 1/3) = 0.6111

Jawapan

S = 0.6111
12.Jujukan & siri

Jawapan: |R₂| = 0.002667

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 = 2! = 2

Had Lagrange

|R₂| ≤ 2·0.2³/3! = 0.002667

Jawapan

|R₂| = 0.002667

Ralat sebenar lebih kecil: |f(0.2) − P₂(0.2)| = 0.002322.

13.Transformasi Laplace

Jawapan: A = 5.833

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 + 7 = (s + 1)(s + 7)
F(s) = A/(s + 1) + B/(s + 7)

Petua tutup

Darabkan dengan (s + 1) dan tetapkan s = −1: sebutan B lenyap.

A = (s + 36)/(s + 7) |s = −1 = 35/6 = 5.833

Jawapan

A = 5.833
(B = −4.833, maka f(t) = 5.833·e−t − 4.833·e−7t)
14.Transformasi Laplace

Jawapan: y(0.25) = 5.226

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

(s² + 9s + 20)·Y(s) = 4s + 36 + 160/s
Y(s) = (4s² + 36s + 160)/(s(s + 4)(s + 5))

Pecahan separa

A = 160/(4·5) = 8
B = 80/((−4)·1) = −20
C = 80/((−5)·(−1)) = 16

Keputusan

y(t) = 8 − 20·e−4t + 16·e−5t
y(0.25) = 5.226

Jawapan

y(0.25) = 5.226

Semak: y(0) = A + B + C = 4.

15.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: y(1.5) = 0.1471

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).

Kamiran konvolusi

y(t) = 2e−1t∫₀ᵗ e−(4 − 1)τ dτ = 2(e−1t − e−4t)/(3)

Nilaikan

y(1.5) = 2·(0.2231 − 0.002479)/(3) = 0.1471

Jawapan

y(1.5) = 0.1471
16.Konvolusi & sistem LTI

Jawapan: Ym = 1.6

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)|.

Sambutan frekuensi

H(jω) = 2/(10 + jω)

Gandaan pada frekuensi input

|H(j7.5)| = 2/√(10² + 7.5²) = 0.16
Ym = 10·0.16 = 1.6

Jawapan

Ym = 1.6

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