Technische wiskunde 2: samenvattingspakket

Formuleoverzichten, de belangrijkste methodestappen voor elk onderwerp en 16 oefenopgaven, met volledige oplossingen achterin.

Nieuwe opgavenTerug naar het vak

Kies in het printvenster “Opslaan als pdf” om een kopie op je apparaat te bewaren.

1Formules en methoden

Differentiaalvergelijkingen

Exponentiële groei/afname
dy/dt = ky → y = y0ekt
Halveringstijd
k = ln 2 / t½
Afkoelingswet van Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Integrerende factor
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Mengtank
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Matrices & determinanten

2×2-determinant
det = ad − bc
Inverse van een 2×2-matrix
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Product
(AB)ij = Σk AikBkj
Eigenwaarden
det(A − λI) = 0
Regel van Cramer
xi = det(Ai)/det(A)

Vectoren: inwendig en uitwendig product

Grootte
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Eenheidsvector
û = a/|a|
Componenten uit een hoek
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Inwendig product
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Scalaire projectie van a op b
a·b/|b|
Arbeid
W = F·d
Uitwendig product
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Oppervlakken
parallellogram |a × b|, driehoek ½|a × b|
Moment om O
MO = r × F, r = A − O
Volume van een parallellepipedum
V = |a·(b × c)|

Methode

  1. Schrijf elke vector in componenten; voor een kracht gegeven door een grootte en een hoek gebruik je F·cos θ en F·sin θ.
  2. Gebruik voor lengtes en richtingen de grootte √(x² + y² + z²) en de eenheidsvector a/|a|.
  3. Gebruik het inwendig product voor hoeken, projecties, loodrechte stand en arbeid: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Gebruik het uitwendig product voor loodrechte vectoren, oppervlakten en momenten: schrijf de drie componenten zorgvuldig uit en houd de volgorde a × b aan.

Integralen

Machtsregel
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Bepaalde integraal
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Standaardintegralen
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Oppervlakte tussen grafieken
∫ab (f − g) dx

Methode

  1. Schrijf de integrand waar mogelijk als een som van eenvoudige termen.
  2. Pas de machtsregel toe: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), en de standaardintegralen voor ex, 1/x, sin en cos.
  3. Gebruik substitutie als je een functie en haar afgeleide samen ziet.
  4. Bereken bij een bepaalde integraal F(b) − F(a).

Multivariabele analyse

Partiële afgeleiden
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradiënt
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Richtingsafgeleide
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Raakvlak
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Kettingregel
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Tweede-afgeleidentest
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Dubbele integraal
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Poolcoördinaten
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Methode

  1. Behandel bij een partiële afgeleide de andere variabele als constante en gebruik de regels voor één variabele.
  2. Bereken bij gradiëntvragen ∇f = (fx, fy) in het punt; gebruik |∇f| voor de steilste helling en ∇f·u met een eenheidsvector u voor een richtingsafgeleide.
  3. Los voor extrema fx = 0 en fy = 0 samen op en classificeer dan elk punt met D = fxx·fyy − fxy².
  4. Schets bij een dubbele integraal het gebied, kies de volgorde (of poolcoördinaten voor schijven) zodat de binnenste grenzen de begrenzende krommen zijn, en integreer de binnenste eerst.

Rijen & reeksen

Rekenkundige rij
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Meetkundige rij
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Oneindige meetkundige reeks
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p-reeks
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Quotiëntcriterium
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Convergentiestraal
R = lim |ck/ck+1|
Taylorpolynoom
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Maclaurinreeks
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Lagrange-foutgrens
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Methode

  1. Bepaal het type: rekenkundig (constant verschil), meetkundig (constante reden), een standaardreeks, een machtreeks of een Taylorpolynoom.
  2. Gebruik voor sommen Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), of S = a₁/(1 − r) als |r| < 1, met a₁ de eerste term van de som.
  3. Gebruik voor convergentie eerst de test op de n-de term, vergelijk dan met Σ1/kᵖ of een meetkundige reeks, en gebruik het quotiënt- of wortelcriterium bij faculteiten en k-de machten.
  4. Noteer voor Taylorpolynomen f(a), f′(a), f″(a), …, deel de k-de afgeleide door k!, en begrens de fout met M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Convolutie en LTI-systemen

Discrete convolutie
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Continue convolutie
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Lengte en som
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Begin, einde en oppervlakte
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Stap in e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Eerste-ordesysteem
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Eerste-orde-recursie
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Sinusoïde door h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Amplitudes van de fourierreeks
blokgolf ±A: 4A/(kπ), oneven k; driehoek ±A: 8A/(π²k²), oneven k; pulstrein: A·D en (2A/(kπ))|sin kπD|

Methode

  1. Schets beide signalen en noteer waar elk ervan niet nul is.
  2. Spiegel h en schuif hem: zoek voor elk uitgangstijdstip het bereik waar beide signalen overlappen.
  3. Vermenigvuldig en tel op (discreet) of vermenigvuldig en integreer (continu) over alleen die overlap.
  4. Controleer het resultaat: de uitgang begint bij de som van de starttijden, eindigt bij de som van de eindtijden, en zijn oppervlakte of som is het product van de oppervlakten of sommen van de ingangen.

2Oefenopgaven

1.DifferentiaalvergelijkingenGemiddeld
tyy(0) = 1y(2) = ?

Los y″ + 4y′ + 4y = 0 op met y(0) = 1 en y′(0) = 4. Bepaal y(2).

y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 1y′(0) = 4
y(2) =
2.DifferentiaalvergelijkingenMoeilijk
tyK = 1y(0,25) = ?

Een systeem voldoet voor t ≥ 0 aan y″ + 3y′ + 11,25y = 11,25, startend uit rust: y(0) = 0, y′(0) = 0. Bepaal y(0,25); hoeken in radialen.

y″ + 3y′ + 11,25y = 11,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.25) =
3.Matrices & determinantenGemiddeld
A =4−60−6B =51−44

Stel C = AB voor de getoonde matrices. Bereken het element c12 (rij 1, kolom 2).

A = [4 −6; 0 −6]B = [5 1; −4 4]
c12 =
4.Matrices & determinantenMoeilijk
A =−3151

Bereken de grootste eigenwaarde λ van de getoonde matrix A.

A = [−3 1; 5 1]
λ =
5.Vectoren: inwendig en uitwendig productGemiddeld
xyzab

Bepaal het inwendig product a·b van a = (3, −3, 6) en b = (4, −2, 0).

a = (3, −3, 6)b = (4, −2, 0)
a·b =
6.Vectoren: inwendig en uitwendig productMoeilijk
xyzabc

Bepaal het volume V van het parallellepipedum waarvan de ribben vanuit één hoekpunt a = (4, −3, 5), b = (−1, −3, −3) en c = (4, 2, 3) zijn.

a = (4, −3, 5)b = (−1, −3, −3)c = (4, 2, 3)
V =
7.IntegralenGemiddeld
xy02

Bereken I = ∫02 2x·(x² + 1)1 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)1[0, 2]
I =
8.IntegralenMoeilijk
xyy = 2x2​y = 4x

Bereken de oppervlakte A van het gebied ingesloten door y = 2x2 en y = 4x.

y = 2x2y = 4x
A =
9.Multivariabele analyseGemiddeld
xy−1012−1012vP

Bepaal voor f(x, y) = 5 sin(−x + y) de richtingsafgeleide Duf in (0,5, 0,5) in de richting van v = (−1, 0).

f(x, y) = 5 sin(−x + y)P = (0,5, 0,5)v = (−1, 0)
Duf =
10.Multivariabele analyseMoeilijk
xy−202−202(0, 0)(2, 2)(−2, −2)

Bepaal de kritieke punten van f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy, classificeer ze en geef de waarde fmin van f in het lokale minimum.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy
fmin =
11.Rijen & reeksenGemiddeld
xx₀ = 1??R

Bepaal de convergentiestraal R van de machtreeks Σk=1∞ (x − 1)ᵏ/(k²·(1/2)ᵏ).

Σ (x − 1)ᵏ/(k²·(1/2)ᵏ)x₀ = 1
R =
12.Rijen & reeksenMoeilijk

Herken de reeks en bepaal haar som: S = Σk=0∞ 0,5ᵏ/k!.

ak = 0,5ᵏ/k!
S =
13.LaplacetransformatiesGemiddeld
ReIm−5−10−15−20

Bepaal f(t) voor F(s) = (2s + 35)/(s² + 8s + 20) door het kwadraat af te splitsen, en bereken f(0,3).

F(s) = (2s + 35)/(s² + 8s + 20)t = 0,3 s
f(0.3) =
14.LaplacetransformatiesMoeilijk
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Een systeem voldoet aan y″ + 5y′ + 6y = 24·u(t), met y(0) = 1 en y′(0) = 0. Op t = 0 wordt een stap u(t) = 2 aangelegd. Gebruik de Laplacetransformatie om y(0,1) te bepalen.

y″ + 5y′ + 6y = 24·u(t)y(0) = 1y′(0) = 0u(t) = 2t = 0,1 s
y(0.1) =
15.Convolutie en LTI-systemenGemiddeld
x(t)t0,51h(t)t1

De puls x(t) = 1 voor 0 ≤ t < 0.5 s (elders nul) wordt aangelegd op een systeem met h(t) = e−4tu(t). Bepaal de uitgang y(2,5) bij t = 2,5 s, nadat de puls is geëindigd.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−4tu(t)t = 2,5 s
y(2.5) =
16.Convolutie en LTI-systemenMoeilijk
2cos(1,5t)h(t) = 2e−2t​u(t)y(t)

De ingang x(t) = 2·cos(1,5t) wordt aangelegd op een systeem met h(t) = 2·e−2tu(t). Bepaal de amplitude Ym van de stationaire uitgang.

h(t) = 2e−2tu(t)x(t) = 2cos(1,5t)
Ym =

3Oplossingen

1.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: y(2) = 0,2381

Lineaire tweede-ordevergelijkingen: probeer voor y″ + b·y′ + c·y = 0 y = ert: dit geeft de karakteristieke vergelijking r² + b·r + c = 0. Twee reële wortels r₁ ≠ r₂ geven y = A·er₁t + B·er₂t (overgedempt); een dubbele wortel r geeft y = (A + Bt)·ert (kritisch gedempt); complexe wortels −α ± jω geven y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (ondergedempt, oscillerend). De beginwaarden y(0) en y′(0) leggen A en B vast. Geschreven als y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 is ωn de eigenfrequentie en ζ de dempingsfactor: bij ζ < 1 oscilleert de oplossing. Bij een constante ingang, y″ + by′ + cy = c·K, is de oplossing de eindwaarde K plus de vrije respons.

Dubbele wortel

(r + 2)² = 0 → r = −2

Constanten

A = y(0) = 1
y′(0) = B − 2A → B = 4 + 2 = 6

Bereken

y(2) = (1 + 6·2)·e−4 = 0,2381

Antwoord

y(2) = 0,2381
2.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: y(0.25) = 0,2629

Lineaire tweede-ordevergelijkingen: probeer voor y″ + b·y′ + c·y = 0 y = ert: dit geeft de karakteristieke vergelijking r² + b·r + c = 0. Twee reële wortels r₁ ≠ r₂ geven y = A·er₁t + B·er₂t (overgedempt); een dubbele wortel r geeft y = (A + Bt)·ert (kritisch gedempt); complexe wortels −α ± jω geven y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (ondergedempt, oscillerend). De beginwaarden y(0) en y′(0) leggen A en B vast. Geschreven als y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 is ωn de eigenfrequentie en ζ de dempingsfactor: bij ζ < 1 oscilleert de oplossing. Bij een constante ingang, y″ + by′ + cy = c·K, is de oplossing de eindwaarde K plus de vrije respons.

Stationaire waarde en wortels

yss = 1, r = −1,5 ± 3j

Constanten uit de beginwaarden

y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −1,5A + 3B = 0 → B = −0,5

Bereken

y(0,25) = 1·(1 − e−0,375(cos 0,75 + 0,5·sin 0,75)) = 0,2629

Antwoord

y(0,25) = 0,2629
3.Matrices & determinanten

Antwoord: c12 = −20

Matrices: de determinant van een 2×2-matrix is ad − bc. Bij 3×3 ontwikkel je naar een rij: elk element maal de determinant van de 2×2-matrix die overblijft na het schrappen van zijn rij en kolom, met afwisselende tekens + − +. Eigenwaarden λ voldoen aan det(A − λI) = 0; bij 2×2 is dat λ² − (spoor)·λ + det = 0.

Rij maal kolom

c12 = 4·1 + (−6)·4 = −20

Antwoord

c12 = −20
4.Matrices & determinanten

Antwoord: λ = 2

Matrices: de determinant van een 2×2-matrix is ad − bc. Bij 3×3 ontwikkel je naar een rij: elk element maal de determinant van de 2×2-matrix die overblijft na het schrappen van zijn rij en kolom, met afwisselende tekens + − +. Eigenwaarden λ voldoen aan det(A − λI) = 0; bij 2×2 is dat λ² − (spoor)·λ + det = 0.

Karakteristieke vergelijking

λ² − (−2)λ + (−8) = 0

Oplossen

λ = (−2 ± √(36))/2 → λ = −4, 2
λ = 2

Antwoord

λ = 2
5.Vectoren: inwendig en uitwendig product

Antwoord: a·b = 18

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.

Vermenigvuldig overeenkomstige componenten en tel op

a·b = 3·4 + (−3)·(−2) + 6·0 = 12 + 6 + 0 = 18

Antwoord

a·b = 18

Positief: de hoek tussen de vectoren is kleiner dan 90°.

6.Vectoren: inwendig en uitwendig product

Antwoord: V = 65

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.

Uitwendig product b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = (−3)·3 − (−3)·2 = −3
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−3)·4 − (−1)·3 = −9
(b × c)z = bxcy − bycx = (−1)·2 − (−3)·4 = 10

Inwendig product met a

a·(b × c) = 4·(−3) + (−3)·(−9) + 5·10 = 65
V = |65| = 65

Antwoord

V = 65
7.Integralen

Antwoord: I = 12

Bepaalde integralen: ∫ₐᵇ f(x) dx is de georiënteerde oppervlakte tussen de grafiek en de x-as van a tot b. Zoek een primitieve F (met F′ = f) en bereken F(b) − F(a). Machtsregel: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). De oppervlakte tussen twee krommen is ∫(bovenste − onderste) dx.

Substitutie

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u1 du

Integreren en invullen

I = [u2/2]15 = (25 − 1)/2 = 12

Antwoord

I = 12
8.Integralen

Antwoord: A = 2,667

Bepaalde integralen: ∫ₐᵇ f(x) dx is de georiënteerde oppervlakte tussen de grafiek en de x-as van a tot b. Zoek een primitieve F (met F′ = f) en bereken F(b) − F(a). Machtsregel: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). De oppervlakte tussen twee krommen is ∫(bovenste − onderste) dx.

Snijpunten

2x2 = 4x → x = 0, x = 2

Bovenste min onderste integreren

A = [2x2 − 0,6667x3]02 = 2,667

Antwoord

A = 2,667
9.Multivariabele analyse

Antwoord: Duf = 5

Gradiënt: ∇f = (fx, fy) wijst in de richting van de steilste stijging, en |∇f| is de grootste veranderingssnelheid. De richtingsafgeleide langs een richting v is Duf = ∇f·u met de eenheidsvector u = v/|v|. Het raakvlak in (a, b) is z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); het geeft de lineaire benadering van f nabij dat punt. Kettingregel: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Gradiënt in het punt

fx = −5 cos(−x + y) → fx(0,5, 0,5) = −5
fy = 5 cos(−x + y) → fy(0,5, 0,5) = 5

Eenheidsvector

|v| = √((−1)² + 0²) = 1
u = (−1, 0)

Inwendig product

Duf = (−5)·(−1) + 5·0 = 5

Antwoord

Duf = 5
10.Multivariabele analyse

Antwoord: fmin = −32

Kritieke punten en dubbele integralen: een kritiek punt heeft fx = fy = 0. Tweede-afgeleidentest met D = fxxfyy − fxy²: D > 0 en fxx > 0 is een lokaal minimum, D > 0 en fxx < 0 een lokaal maximum, D < 0 een zadelpunt, en D = 0 beslist niets. Laat bij een dubbele integraal over een algemeen gebied de binnenste grenzen de krommen zijn die het gebied begrenzen; gebruik voor schijven en sectoren poolcoördinaten, x = r cos θ, y = r sin θ en dA = r dr dθ (vergeet de factor r niet).

Kritieke punten

Los fx = 0 en fy = 0 samen op.

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

Tweede-afgeleidentest

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −16, D = −256 → zadelpunt
(2, 2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → lokaal minimum
(−2, −2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → lokaal minimum

Waarde in het extremum

f(2, 2) = −32

Antwoord

fmin = −32
11.Rijen & reeksen

Antwoord: R = 0,5

Convergentie: als de termen niet naar 0 gaan, divergeert de reeks (test op de n-de term). Σ1/kᵖ convergeert alleen voor p > 1, en Σrᵏ alleen voor |r| < 1. Vergelijk een reeks met een van deze als haar termen voor grote k zich zo gedragen. Quotiëntcriterium: L = lim |ak+1/ak|; wortelcriterium: L = lim |ak|1/k. L < 1 convergeert, L > 1 divergeert, L = 1 beslist niets. Een machtreeks Σck(x − x₀)ᵏ convergeert voor |x − x₀| < R met R = lim |ck/ck+1|; een alternerende reeks met termen die naar 0 afnemen convergeert.

Coëfficiënten

ck/ck+1 = (1/2)·((k + 1)/k)² → 0,5

Straal

R = 0,5

Antwoord

R = 0,5

Het quotiëntcriterium zegt niets in de twee eindpunten; die moeten apart worden gecontroleerd.

12.Rijen & reeksen

Antwoord: S = 1,649

Taylorpolynomen: nabij x = a wordt een gladde functie benaderd door Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; voor a = 0 is dit het Maclaurinpolynoom. Standaardreeksen: 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. Lagrange-foutgrens: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, waarbij M de grootste waarde van |f⁽ⁿ⁺¹⁾| tussen a en x is.

Standaardreeksen

Σ xᵏ/k! = eˣ

Invullen

x = 0,5
S = e0,5 = 1,649

Antwoord

S = 1,649
13.Laplacetransformaties

Antwoord: f(0.3) = 2,793

Laplacetransformatie: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt maakt van afgeleiden vermenigvuldigingen met s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standaardparen: 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), en een verschuiving s → s + σ vermenigvuldigt de tijdfunctie met e−σt. Om een rationale F(s) terug te transformeren, splits je haar in partieelbreuken: het residu van een enkelvoudige pool p is A = [(s − p)·F(s)] bij s = p. Eindwaardestelling: f(∞) = lims→0 s·F(s), alleen geldig als alle polen van s·F(s) in het linkerhalfvlak liggen. Beginwaardestelling: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Splits het kwadraat af

s² + 8s + 20 = (s + 4)² + 4 = (s + 4)² + 2²

Pas de teller aan

F(s) = 2·(s + 4)/((s + 4)² + 2²) + (27/2)·2/((s + 4)² + 2²)

Inverse transformatie

f(t) = e−4t·(2·cos 2t + 13,5·sin 2t)
f(0,3) = e−4·0,3·(2·cos(2·0,3) + 13,5·sin(2·0,3)) = 2,793

Antwoord

f(0,3) = 2,793
14.Laplacetransformaties

Antwoord: y(0.1) = 1,178

Laplacetransformatie: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt maakt van afgeleiden vermenigvuldigingen met s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standaardparen: 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), en een verschuiving s → s + σ vermenigvuldigt de tijdfunctie met e−σt. Om een rationale F(s) terug te transformeren, splits je haar in partieelbreuken: het residu van een enkelvoudige pool p is A = [(s − p)·F(s)] bij s = p. Eindwaardestelling: f(∞) = lims→0 s·F(s), alleen geldig als alle polen van s·F(s) in het linkerhalfvlak liggen. Beginwaardestelling: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Transformeer de vergelijking

(s² + 5s + 6)·Y(s) = 1s + 5 + 48/s
Y(s) = (s² + 5s + 48)/(s(s + 2)(s + 3))

Partieelbreuken

A = 48/(2·3) = 8
B = 42/((−2)·1) = −21
C = 42/((−3)·(−1)) = 14

Resultaat

y(t) = 8 − 21·e−2t + 14·e−3t
y(0,1) = 1,178

Antwoord

y(0,1) = 1,178

Controle: y(0) = A + B + C = 1.

15.Convolutie en LTI-systemen

Antwoord: y(2.5) = 7,252 × 10⁻⁵

Continue convolutie: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Spiegel h, schuif hem naar positie t en integreer het product van de overlappende delen. Voor causale signalen loopt de integraal van 0 tot t. Handige resultaten: de oppervlakte van y is de oppervlakte van x maal die van h; als x duurt van t₁ tot t₂ en h van t₃ tot t₄, dan duurt y van t₁ + t₃ tot t₂ + t₄. Voor h(t) = e−atu(t) en een stap met hoogte A is y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Uitgang aan het einde van de puls

y(0,5) = (1/4)(1 − e−2) = 0,2162

Afname na de puls

y(2,5) = 0,2162·e−4·2 = 7,252 × 10⁻⁵

Antwoord

y(2,5) = 7,252 × 10⁻⁵
16.Convolutie en LTI-systemen

Antwoord: Ym = 1,6

Impulsresponsie en fourierreeks: de impulsresponsie h(t) beschrijft een LTI-systeem volledig: voor y′ + a·y = b·x is die h(t) = b·e−atu(t), en voor y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] is die h[n] = b·aⁿu[n]. Een sinusoïde cos ωt gaat erdoorheen met versterking |H(jω)| en fase ∠H(jω), waarbij H de fouriertransformatie van h is. Een periodiek signaal is een som van harmonischen bij k/T: een blokgolf van ±A heeft alleen oneven harmonischen met amplitudes 4A/(kπ), een driehoeksgolf met piek A heeft 8A/(π²k²), en een pulstrein met hoogte A en duty cycle D heeft het gemiddelde A·D en de harmonischen (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.

Frequentierespons

H(jω) = 2/(2 + jω)

Versterking bij de ingangsfrequentie

|H(j1,5)| = 2/√(2² + 1,5²) = 0,8
Ym = 2·0,8 = 1,6

Antwoord

Ym = 1,6

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