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) = 2y(2) = ?

Los y″ + 6y′ + 9y = 0 op met y(0) = 2 en y′(0) = 0. Bepaal y(2).

y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(2) =
2.DifferentiaalvergelijkingenMoeilijk
t (min)m (kg)t = ?8 kg

Een tank bevat 200 L zuiver water. Pekel met 0,1 kg zout per liter stroomt in met 20 L/min, en de goed gemengde oplossing stroomt met dezelfde snelheid uit. Na hoeveel minuten t bevat de tank 8 kg zout?

V = 200 Lm0 = 0 kgc = 0,1 kg/Lr = 20 L/min
t = min
3.Matrices & determinantenGemiddeld
A =−4−5−4−1B =−6−224

Stel C = AB voor de getoonde matrices. Bereken het element c22 (rij 2, kolom 2).

A = [−4 −5; −4 −1]B = [−6 −2; 2 4]
c22 =
4.Matrices & determinantenMoeilijk
A =−1−458

Bereken de grootste eigenwaarde λ van de getoonde matrix A.

A = [−1 −4; 5 8]
λ =
5.Vectoren: inwendig en uitwendig productGemiddeld
xyzab

Bepaal de scalaire projectie compb a van a = (6, −3, 4) op b = (0, −4, −5), dat wil zeggen de component van a in de richting van b.

a = (6, −3, 4)b = (0, −4, −5)
compb a =
6.Vectoren: inwendig en uitwendig productMoeilijk
xyzab

De eenheidsvector n̂ staat loodrecht op zowel a = (2, 1, 3) als b = (5, 0, 1) en heeft een positieve z-component. Bepaal zijn x-component n̂x.

a = (2, 1, 3)b = (5, 0, 1)n̂z > 0
n̂x =
7.IntegralenGemiddeld
xy26

Bereken I = ∫26 1/x dx.

f(x) = 1/x[2, 6]
I =
8.IntegralenMoeilijk
xyy = x2​y = x

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

y = x2y = x
A =
9.Multivariabele analyseGemiddeld
xy024−202vP

Bepaal voor f(x, y) = 3xy² − 4x² + 4y³ + 4xy de richtingsafgeleide Duf in (2, −1) in de richting van v = (−1, 4).

f(x, y) = 3xy² − 4x² + 4y³ + 4xyP = (2, −1)v = (−1, 4)
Duf =
10.Multivariabele analyseMoeilijk
xy1,50,5

Gebruik poolcoördinaten om I = ∬R √(x² + y²) dA te berekenen, waarbij R de ring 0,25 ≤ x² + y² ≤ 2,25 is.

f = √(x² + y²)0,5 ≤ r ≤ 1,50 ≤ θ ≤ 2π
I =
11.Rijen & reeksenGemiddeld
xx₀ = 3??R

Bepaal de convergentiestraal R van de machtreeks Σk=1∞ (1/2)ᵏ·(x − 3)ᵏ/(k + 1).

Σ (1/2)ᵏ·(x − 3)ᵏ/(k + 1)x₀ = 3
R =
12.Rijen & reeksenMoeilijk

Herken de reeks en bepaal haar som: S = Σk=0∞ 3ᵏ/k!.

ak = 3ᵏ/k!
S =
13.LaplacetransformatiesGemiddeld
ReIm−0,5−1−1,5−2−2,5−3−3,5−4−4,50,51

Bepaal f(t) voor F(s) = (5s + 14)/(s² + 8s + 17) door het kwadraat af te splitsen, en bereken f(0,3).

F(s) = (5s + 14)/(s² + 8s + 17)t = 0,3 s
f(0.3) =
14.LaplacetransformatiesMoeilijk
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Los y″ + 9y′ + 20y = 0 op met y(0) = −7 en y′(0) = −5 met de Laplacetransformatie, en bepaal y(0,2).

y″ + 9y′ + 20y = 0y(0) = −7y′(0) = −5t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convolutie en LTI-systemenGemiddeld
x(t)t5h(t)t1

De ingang x(t) = 5·e−5tu(t) wordt aangelegd op een systeem met h(t) = e−1tu(t). Bepaal de uitgang y(2) bij t = 2 s.

x(t) = 5·e−5tu(t)h(t) = e−1tu(t)t = 2 s
y(2) =
16.Convolutie en LTI-systemenMoeilijk
u[n]3+y[n]−0,8·z⁻¹+

Een systeem voldoet aan y[n] = −0,8·y[n − 1] + 3·x[n] en start in rust. De ingang is de eenheidsstap x[n] = u[n]. Bepaal y[2].

y[n] = −0,8y[n − 1] + 3x[n]x[n] = u[n]
y[2] =

3Oplossingen

1.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: y(2) = 0,0347

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 + 3)² = 0 → r = −3

Constanten

A = y(0) = 2
y′(0) = B − 3A → B = 0 + 6 = 6

Bereken

y(2) = (2 + 6·2)·e−6 = 0,0347

Antwoord

y(2) = 0,0347
2.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: t = 5,108 min

Eerste-orde differentiaalvergelijkingen: dy/dt = k·y heeft de oplossing y = y₀·ekt (groei voor k > 0, afname voor k < 0); een halveringstijd T geeft k = ln 2/T. De afkoelingswet van Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), geeft T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Een lineaire vergelijking y′ + p(x)·y = q(x) los je op met de integrerende factor μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, dus μy = ∫μq dx + C.

Resultaat

m(t) = 20 + (−20)·e−t/10

Los op naar t

e−t/10 = (20 − 8)/(20 − 0) = 0,6
t = 10·ln(1,667) = 5,108 min

Antwoord

t = 5,108 min
3.Matrices & determinanten

Antwoord: c22 = 4

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

c22 = (−4)·(−2) + (−1)·4 = 4

Antwoord

c22 = 4
4.Matrices & determinanten

Antwoord: λ = 4

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 − (7)λ + (12) = 0

Oplossen

λ = (7 ± √(1))/2 → λ = 3, 4
λ = 4

Antwoord

λ = 4
5.Vectoren: inwendig en uitwendig product

Antwoord: compb a = −1,249

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.

Inwendig product

a·b = 6·0 + (−3)·(−4) + 4·(−5) = −8

Lengte van b

|b| = √(0² + (−4)² + (−5)²) = 6,403

Scalaire projectie

compb a = a·b/|b| = −8/6,403 = −1,249

Antwoord

compb a = −1,249

Negatief: a heeft een component die tegen b in wijst.

6.Vectoren: inwendig en uitwendig product

Antwoord: n̂x = −0,07161

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

(a × b)x = aybz − azby = 1·1 − 3·0 = 1
(a × b)y = azbx − axbz = 3·5 − 2·1 = 13
(a × b)z = axby − aybx = 2·0 − 1·5 = −5

Normeren

De z-component van a × b is negatief, dus gebruik −(a × b).

|a × b| = √(1² + 13² + (−5)²) = 13,96
n̂ = −(1, 13, −5)/13,96 = (−0,07161, −0,9309, 0,3581)
n̂x = −0,07161

Antwoord

n̂x = −0,07161
7.Integralen

Antwoord: I = 1,099

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.

Primitieve

F(x) = ln x

Grenzen invullen

I = (ln 6 − ln 2) = ln 3 = 1,099

Antwoord

I = 1,099
8.Integralen

Antwoord: A = 0,1667

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

x2 = x → x = 0, x = 1

Bovenste min onderste integreren

A = [0,5x2 − 0,3333x3]01 = 0,1667

Antwoord

A = 0,1667
9.Multivariabele analyse

Antwoord: Duf = 11,88

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 = 3y² − 8x + 4y → fx(2, −1) = −17
fy = 6xy + 12y² + 4x → fy(2, −1) = 8

Eenheidsvector

|v| = √((−1)² + 4²) = 4,123
u = (−0,2425, 0,9701)

Inwendig product

Duf = (−17)·(−0,2425) + 8·0,9701 = 11,88

Antwoord

Duf = 11,88
10.Multivariabele analyse

Antwoord: I = 6,807

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).

Poolvorm

I = ∫02π ∫0,51,5 r·r dr dθ

Integreren

∫ r·r dr = [r³/3]
I = 6,807

Antwoord

I = 6,807
11.Rijen & reeksen

Antwoord: R = 2

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/(1/2))·(k + 2)/(k + 1) → 2

Straal

R = 2

Antwoord

R = 2

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

12.Rijen & reeksen

Antwoord: S = 20,09

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 = 3
S = e3 = 20,09

Antwoord

S = 20,09
13.Laplacetransformaties

Antwoord: f(0.3) = 0,9047

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 + 17 = (s + 4)² + 1 = (s + 4)² + 1²

Pas de teller aan

F(s) = 5·(s + 4)/((s + 4)² + 1²) + (−6/1)·1/((s + 4)² + 1²)

Inverse transformatie

f(t) = e−4t·(5·cos 1t − 6·sin 1t)
f(0,3) = e−4·0,3·(5·cos(1·0,3) − 6·sin(1·0,3)) = 0,9047

Antwoord

f(0,3) = 0,9047
14.Laplacetransformaties

Antwoord: y(0.2) = −5,833

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

s²Y − (−7)s − (−5) + 9(sY − (−7)) + 20Y = 0
Y(s) = (−7s − 68)/((s + 4)(s + 5))

Partieelbreuken

A = −40/1 = −40
B = −33/(−1) = 33

Resultaat

y(t) = −40·e−4t + 33·e−5t
y(0,2) = −5,833

Antwoord

y(0,2) = −5,833

Controle: y(0) = A + B = −7.

15.Convolutie en LTI-systemen

Antwoord: y(2) = 0,1691

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).

Convolutie-integraal

y(t) = 5e−1t∫₀ᵗ e−(5 − 1)τ dτ = 5(e−1t − e−5t)/(4)

Bereken

y(2) = 5·(0,1353 − 4,54 × 10⁻⁵)/(4) = 0,1691

Antwoord

y(2) = 0,1691
16.Convolutie en LTI-systemen

Antwoord: y[2] = 2,52

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)|.

Itereren

y[0] = 3
y[1] = 0,6
y[2] = 2,52

Resultaat

y[2] = 3·(1 − (−0,8)3)/(1 − (−0,8)) = 2,52

Antwoord

y[2] = 2,52

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