W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.
1Wzory i metody
Równania różniczkowe
Wzrost/zanik wykładniczy
dy/dt = ky → y = y0ekt
Okres połowicznego rozpadu
k = ln 2 / t½
Prawo stygnięcia Newtona
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Czynnik całkujący
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Zbiornik z mieszaniem
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Macierze i wyznaczniki
wyznacznik 2×2
det = ad − bc
Macierz odwrotna 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Produkt
(AB)ij = Σk AikBkj
Wartości własne
det(A − λI) = 0
Wzory Cramera
xi = det(Ai)/det(A)
Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Długość
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Wersor
û = a/|a|
Składowe z kąta
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Iloczyn skalarny
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Rzut skalarny a na b
a·b/|b|
Praca
W = F·d
Iloczyn wektorowy
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Pola
równoległobok |a × b|, trójkąt ½|a × b|
Moment względem O
MO = r × F, r = A − O
Objętość równoległościanu
V = |a·(b × c)|
Metoda
Zapisz każdy wektor w składowych; dla siły podanej przez wartość i kąt użyj F·cos θ i F·sin θ.
Do długości i kierunków użyj długości √(x² + y² + z²) i wersora a/|a|.
Iloczyn skalarny stosuj do kątów, rzutów, prostopadłości i pracy: a·b = |a||b|cos θ.
Iloczyn wektorowy stosuj do wektorów prostopadłych, pól i momentów: starannie zapisz trzy składowe, zachowując kolejność a × b.
Całki
Pochodna potęgi
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Całka oznaczona
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Podstawowe całki
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Pole między krzywymi
∫ab (f − g) dx
Metoda
Tam, gdzie to możliwe, zapisz funkcję podcałkową jako sumę prostych wyrazów.
Zastosuj wzór na całkę potęgi: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) oraz całki podstawowe dla ex, 1/x, sin i cos.
Użyj podstawienia, gdy widzisz razem funkcję i jej pochodną.
Dla całki oznaczonej oblicz F(b) − F(a).
Rachunek różniczkowy i całkowy wielu zmiennych
Pochodne cząstkowe
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradient
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Pochodna kierunkowa
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Płaszczyzna styczna
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Reguła łańcuchowa
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Test drugiej pochodnej
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Całka podwójna
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Współrzędne biegunowe
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ
Metoda
Przy pochodnej cząstkowej traktuj drugą zmienną jak stałą i używaj reguł dla jednej zmiennej.
W zadaniach o gradiencie oblicz ∇f = (fx, fy) w punkcie; użyj |∇f| dla największego nachylenia i ∇f·u z wektorem jednostkowym u dla pochodnej kierunkowej.
Dla ekstremów rozwiąż jednocześnie fx = 0 i fy = 0, a potem sklasyfikuj każdy punkt przez D = fxx·fyy − fxy².
Dla całki podwójnej naszkicuj obszar, wybierz kolejność (lub współrzędne biegunowe dla kół), aby granice wewnętrzne były krzywymi ograniczającymi, i całkuj najpierw wewnątrz.
Ciągi i szeregi
Ciąg arytmetyczny
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Ciąg geometryczny
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Nieskończony szereg geometryczny
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Szereg p
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Kryterium d’Alemberta
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Promień zbieżności
R = lim |ck/ck+1|
Wielomian Taylora
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Szereg Maclaurina
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Oszacowanie Lagrange’a
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!
Metoda
Rozpoznaj typ: arytmetyczny (stała różnica), geometryczny (stały iloraz), szereg standardowy, szereg potęgowy lub wielomian Taylora.
Dla sum użyj Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r) albo S = a₁/(1 − r), gdy |r| < 1, gdzie a₁ to pierwszy wyraz sumy.
Dla zbieżności: najpierw warunek konieczny, potem porównanie z Σ1/kᵖ lub szeregiem geometrycznym, a dla silni i potęg o wykładniku k użyj kryterium d’Alemberta lub Cauchy’ego.
Dla wielomianów Taylora wypisz f(a), f′(a), f″(a), …, podziel k-tą pochodną przez k! i oszacuj błąd przez M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.
Splot i układy liniowe stacjonarne
Splot dyskretny
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Splot ciągły
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Długość i suma
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Początek, koniec i pole
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Skok na wejściu e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Układ pierwszego rzędu
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Rekurencja pierwszego rzędu
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Sinusoida przechodząca przez h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Amplitudy szeregu Fouriera
prostokątna ±A: 4A/(kπ), k nieparzyste; trójkątna ±A: 8A/(π²k²), k nieparzyste; ciąg impulsów: A·D oraz (2A/(kπ))|sin kπD|
Metoda
Naszkicuj oba sygnały i zaznacz, gdzie każdy z nich jest niezerowy.
Odwróć h i przesuwaj je: dla każdej chwili wyjścia znajdź zakres, w którym oba sygnały się nakładają.
Mnóż i dodawaj (dyskretnie) lub mnóż i całkuj (ciągle) tylko po tym nakładaniu.
Sprawdź wynik: wyjście zaczyna się w sumie czasów początkowych, kończy w sumie czasów końcowych, a jego pole lub suma jest iloczynem pól lub sum wejść.
2Zadania do ćwiczenia
1.Równania różniczkoweŚredni
Filiżankę kawy o temperaturze 90 °C zostawiono w pokoju o temperaturze 19 °C. Po 13 min jej temperatura wynosi 34 °C. Podlega ona prawu stygnięcia Newtona, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Wyznacz stałą k w min⁻¹.
T0 = 90 °CTa = 19 °CT(13) = 34 °C
k = min⁻¹
2.Równania różniczkoweTrudny
Rozwiąż zagadnienie początkowe y′ + 3y/x = 5 dla x > 0, z y(1) = −2. Wyznacz y(2).
y′ + 3y/x = 5y(1) = −2
y(2) =
3.Macierze i wyznacznikiŚredni
Wyznacz wyznacznik det A pokazanej macierzy 3×3 A.
A = [0 4 2; 4 −1 −2; −3 −3 4]
det A =
4.Macierze i wyznacznikiTrudny
Rozwiąż układ 6x − y = 2 i −2x + 3y = 5. Wyznacz x.
6x − y = 2−2x + 3y = 5
x =
5.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź wartość k, dla której wektory a = (3, −2, −4) i b = (2, 1, k) są prostopadłe.
a = (3, −2, −4)b = (2, 1, k)
k =
6.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Dla a = (−3, 5, 6) i b = (−6, 3, −3) znajdź składową z, czyli (a × b)z, iloczynu wektorowego a × b.
a = (−3, 5, 6)b = (−6, 3, −3)
(a × b)z =
7.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫₀1 x·cos x dx (x w radianach).
∫₀1 x·cos x dx
I =
8.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru między parabolą y = 4 − x² a osią x.
y = 4 − x²
A =
9.Rachunek różniczkowy i całkowy wielu zmiennychŚredni
Płaszczyznę styczną do z = x²ey w punkcie, gdzie (x, y) = (1, 1), można zapisać jako z = px + qy + c. Znajdź c.
f(x, y) = x²ey(a, b) = (1, 1)
c =
10.Rachunek różniczkowy i całkowy wielu zmiennychTrudny
Funkcja f(x, y) = x³ − 27x + y² − 2y ma punkt krytyczny w (3, 1). Oblicz tam wyróżnik D = fxxfyy − fxy².
f(x, y) = x³ − 27x + y² − 2yP = (3, 1)
D =
11.Ciągi i szeregiŚredni
Znajdź sumę S = Σk=138 4/(k(k + 1)).
ak = 4/(k(k + 1))n = 38
S =
12.Ciągi i szeregiTrudny
Funkcję f(x) = sin x przybliżono jej wielomianem Maclaurina stopnia 4 w punkcie x = 1,5. Użyj oszacowania Lagrange’a M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! z M = 1, aby znaleźć największy możliwy błąd |R₄|.
f(x) = sin xn = 4x = 1,5M = 1
|R₄| =
13.Transformaty Laplace’aŚredni
Znajdź f(t) dla F(s) = (3s + 36)/(s² + 8s + 16) i oblicz f(0,1).
F(s) = (3s + 36)/(s² + 8s + 16)t = 0,1 s
f(0.1) =
14.Transformaty Laplace’aTrudny
Układ spełnia równanie y″ + 4y′ + 3y = 12·u(t), przy y(0) = 3 i y′(0) = 0. W chwili t = 0 podano na wejście skok u(t) = 2. Za pomocą transformaty Laplace’a znajdź y(0,6).
Impuls x(t) = 3 dla 0 ≤ t < 1 s (poza tym zero) podano na układ o odpowiedzi impulsowej h(t) = 2 dla 0 ≤ t < 3 s (poza tym zero). Wyznacz wyjście y(2,5) w t = 2,5 s.
x(t) = 3, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 2, 0 ≤ t < 3 st = 2,5 s
y(2.5) =
16.Splot i układy liniowe stacjonarneTrudny
Układ spełnia równanie y′(t) + 5·y(t) = 5·x(t). Wyznacz jego odpowiedź impulsową w t = 1 s, h(1).
y′ + 5y = 5xt = 1 s
h(1) =
3Roztwory
1.Równania różniczkowe
Odpowiedź: k = 0,1196 min⁻¹
Równania różniczkowe pierwszego rzędu: dy/dt = k·y ma rozwiązanie y = y₀·ekt (wzrost dla k > 0, zanik dla k < 0); okres połowicznego rozpadu T daje k = ln 2/T. Prawo stygnięcia Newtona, dT/dt = −k·(T − Tₐ), daje T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Równanie liniowe y′ + p(x)·y = q(x) rozwiązuje się czynnikiem całkującym μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, więc μy = ∫μq dx + C.
Stosunek różnic temperatur
e−13k = 15/71
Wyznacz k
k = ln(71/15)/13 = 0,1196 min⁻¹
Odpowiedź
k = 0,1196 min⁻¹
2.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(2) = 2,094
Równania różniczkowe pierwszego rzędu: dy/dt = k·y ma rozwiązanie y = y₀·ekt (wzrost dla k > 0, zanik dla k < 0); okres połowicznego rozpadu T daje k = ln 2/T. Prawo stygnięcia Newtona, dT/dt = −k·(T − Tₐ), daje T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Równanie liniowe y′ + p(x)·y = q(x) rozwiązuje się czynnikiem całkującym μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, więc μy = ∫μq dx + C.
Czynnik całkujący
μ = e∫3/x dx = x3
Całkuj
(x3y)′ = 5x3 → x3y = 5x4/4 + C
Warunek początkowy
−2 = 5/4 + C → C = −3,25
Oblicz
y(2) = (5·24/4 + (−3,25))/23 = 2,094
Odpowiedź
y(2) = 2,094
3.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: det A = −70
Macierze: wyznacznik macierzy 2×2 to ad − bc. Dla 3×3 rozwiń względem wiersza: każdy element razy wyznacznik macierzy 2×2, która zostaje po skreśleniu jego wiersza i kolumny, ze znakami na przemian + − +. Wartości własne λ spełniają det(A − λI) = 0; dla 2×2 to λ² − (ślad)·λ + det = 0.
Minory 2×2 pierwszego wiersza
M₁₁ = −10, M₁₂ = 10, M₁₃ = −15
Rozwinięcie Laplace'a
det A = 0·(−10) − 4·10 + 2·(−15) = −70
Odpowiedź
det A = −70
4.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: x = 0,6875
Macierze: wyznacznik macierzy 2×2 to ad − bc. Dla 3×3 rozwiń względem wiersza: każdy element razy wyznacznik macierzy 2×2, która zostaje po skreśleniu jego wiersza i kolumny, ze znakami na przemian + − +. Wartości własne λ spełniają det(A − λI) = 0; dla 2×2 to λ² − (ślad)·λ + det = 0.
Wyznacznik macierzy współczynników
det A = 6·3 − (−1)·(−2) = 16
Zastąp kolumnę x
det Aₓ = 2·3 − (−1)·5 = 11
x = 11/16 = 0,6875
Odpowiedź
x = 0,6875
y = 2,125
5.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: k = 1
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.
Iloczyn skalarny równa się zero
a·b = 3·2 + (−2)·1 + (−4)·k = 0
4 + (−4)·k = 0
Wyznacz k
k = −4/(−4) = 1
Odpowiedź
k = 1
6.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: (a × b)z = 21
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.
Iloczyn wektorowy, składowa po składowej
(a × b)x = aybz − azby = 5·(−3) − 6·3 = −33
(a × b)y = azbx − axbz = 6·(−6) − (−3)·(−3) = −45
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·3 − 5·(−6) = 21
Żądana składowa
(a × b)z = 21
Odpowiedź
(a × b)z = 21
Sprawdzenie: a × b jest prostopadły do obu wektorów, więc jego iloczyn skalarny z a i z b jest równy zero.
7.Całki
Odpowiedź: I = 0,3818
Całkowanie przez części: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, co wynika z reguły różniczkowania iloczynu. Za u wybierz czynnik, który po zróżniczkowaniu staje się prostszy (potęga x lub ln x), a za dv czynnik, który umiesz scałkować (eˣ, sin x, cos x albo x, gdy u = ln x). Dla całki oznaczonej oblicz u·v na obu granicach: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Czynnik x² wymaga dwóch rund.
Wybierz u i dv
u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x
Funkcja pierwotna
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Granice
(1·sin 1 + cos 1) − (0 + 1) = 0,3818
Odpowiedź
I = 0,3818
8.Całki
Odpowiedź: A = 10,67
Całki oznaczone: ∫ₐᵇ f(x) dx to pole ze znakiem między wykresem a osią x od a do b. Znajdź funkcję pierwotną F (F′ = f) i oblicz F(b) − F(a). Reguła potęgowa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Pole między dwiema krzywymi to ∫(górna − dolna) dx.
Miejsca zerowe
4 − x² = 0 → x = ±2
Całkuj
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Odpowiedź
A = 10,67
9.Rachunek różniczkowy i całkowy wielu zmiennych
Odpowiedź: c = −5,437
Gradient: ∇f = (fx, fy) wskazuje kierunek najszybszego wzrostu, a |∇f| to największa szybkość zmiany. Pochodna kierunkowa wzdłuż kierunku v to Duf = ∇f·u z wektorem jednostkowym u = v/|v|. Płaszczyzna styczna w (a, b) to z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); daje liniowe przybliżenie f w pobliżu tego punktu. Reguła łańcuchowa: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.
Wartość i nachylenia w punkcie
f(1, 1) = 2,718
fx = 2xey → fx(1, 1) = 5,437
fy = x²ey → fy(1, 1) = 2,718
Płaszczyzna styczna
z = 2,718 + 5,437(x − 1) + 2,718(y − 1)
z = 5,437x + 2,718y − 5,437
Wyraz stały
c = −5,437
Odpowiedź
c = −5,437
10.Rachunek różniczkowy i całkowy wielu zmiennych
Odpowiedź: D = 36
Punkty krytyczne i całki podwójne: punkt krytyczny ma fx = fy = 0. Test drugiej pochodnej z D = fxxfyy − fxy²: D > 0 i fxx > 0 to minimum lokalne, D > 0 i fxx < 0 maksimum lokalne, D < 0 punkt siodłowy, a D = 0 nic nie rozstrzyga. Dla całki podwójnej po obszarze ogólnym granice wewnętrzne wyznaczają krzywe ograniczające obszar; dla kół i wycinków użyj współrzędnych biegunowych, x = r cos θ, y = r sin θ oraz dA = r dr dθ (nie zapomnij o czynniku r).
Pochodne drugiego rzędu
fxx = 18, fyy = 2, fxy = 0
Wyróżnik
D = 18·2 − 0² = 36
→ minimum lokalne
Odpowiedź
D = 36
11.Ciągi i szeregi
Odpowiedź: S = 3,897
Zbieżność: jeśli wyrazy nie dążą do 0, szereg jest rozbieżny (warunek konieczny). Σ1/kᵖ jest zbieżny tylko dla p > 1, a Σrᵏ tylko dla |r| < 1. Porównaj szereg z jednym z tych, gdy jego wyrazy dla dużych k zachowują się jak one. Kryterium d’Alemberta: L = lim |ak+1/ak|; kryterium Cauchy’ego: L = lim |ak|1/k. L < 1 oznacza zbieżność, L > 1 rozbieżność, L = 1 nie rozstrzyga. Szereg potęgowy Σck(x − x₀)ᵏ jest zbieżny dla |x − x₀| < R, gdzie R = lim |ck/ck+1|; szereg naprzemienny o wyrazach malejących do 0 jest zbieżny.
Ułamki proste
4/(k(k + 1)) = 4·(1/k − 1/(k + 1))
Anuluj
S = 4·(1 − 1/39) = 3,897
Odpowiedź
S = 3,897
12.Ciągi i szeregi
Odpowiedź: |R₄| = 0,06328
Wielomiany Taylora: w pobliżu x = a funkcję gładką przybliża Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; dla a = 0 jest to wielomian Maclaurina. Szeregi standardowe: 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. Oszacowanie reszty Lagrange’a: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, gdzie M to największa wartość |f⁽ⁿ⁺¹⁾| między a i x.
Ograniczenie pochodnej
M = 1
Oszacowanie Lagrange’a
|R₄| ≤ 1·1,5⁵/5! = 0,06328
Odpowiedź
|R₄| = 0,06328
Prawdziwy błąd jest mniejszy: |f(1,5) − P₄(1,5)| = 0,05999.
13.Transformaty Laplace’a
Odpowiedź: f(0.1) = 3,62
Transformata Laplace’a: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt zamienia pochodne na mnożenie przez s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Podstawowe pary: 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), a przesunięcie s → s + σ mnoży funkcję czasu przez e−σt. Aby odwrócić wymierną F(s), rozłóż ją na ułamki proste: residuum prostego bieguna p wynosi A = [(s − p)·F(s)] przy s = p. Twierdzenie o wartości końcowej: f(∞) = lims→0 s·F(s), słuszne tylko wtedy, gdy wszystkie bieguny s·F(s) leżą w lewej półpłaszczyźnie. Twierdzenie o wartości początkowej: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).
Rozłóż mianownik na czynniki
s² + 8s + 16 = (s + 4)²
Ułamki proste
3s + 36 = 3(s + 4) + 24
F(s) = 3/(s + 4) + 24/(s + 4)²
Transformata odwrotna
f(t) = 3·e−4t + 24·t·e−4t
f(0,1) = (3 + 24·0,1)·e−4·0,1 = 3,62
Odpowiedź
f(0,1) = 3,62
14.Transformaty Laplace’a
Odpowiedź: y(0.6) = 4,297
Transformata Laplace’a: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt zamienia pochodne na mnożenie przez s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Podstawowe pary: 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), a przesunięcie s → s + σ mnoży funkcję czasu przez e−σt. Aby odwrócić wymierną F(s), rozłóż ją na ułamki proste: residuum prostego bieguna p wynosi A = [(s − p)·F(s)] przy s = p. Twierdzenie o wartości końcowej: f(∞) = lims→0 s·F(s), słuszne tylko wtedy, gdy wszystkie bieguny s·F(s) leżą w lewej półpłaszczyźnie. Twierdzenie o wartości początkowej: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).
Przekształcenie równania
(s² + 4s + 3)·Y(s) = 3s + 12 + 24/s
Y(s) = (3s² + 12s + 24)/(s(s + 1)(s + 3))
Ułamki proste
A = 24/(1·3) = 8
B = 15/((−1)·2) = −7,5
C = 15/((−3)·(−2)) = 2,5
Wynik
y(t) = 8 − 7,5·e−t + 2,5·e−3t
y(0,6) = 4,297
Odpowiedź
y(0,6) = 4,297
Sprawdzenie: y(0) = A + B + C = 3.
15.Splot i układy liniowe stacjonarne
Odpowiedź: y(2.5) = 6
Splot ciągły: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Odwróć h, przesuń do położenia t i całkuj iloczyn nakładających się części. Dla sygnałów przyczynowych całka biegnie od 0 do t. Przydatne wyniki: pole pod y jest iloczynem pola pod x i pola pod h; jeśli x trwa od t₁ do t₂, a h od t₃ do t₄, to y trwa od t₁ + t₃ do t₂ + t₄. Dla h(t) = e−atu(t) i skoku o wysokości A mamy y(t) = (A/a)(1 − e−at).
Nakładanie odwróconego impulsu
h(t − τ) to impuls h odwrócony i przesunięty tak, że kończy się w τ = t.
τ ∈ [0, 1] → długość 1 s
Całka
y(2,5) = 3·2·1 = 6
Odpowiedź
y(2,5) = 6
y(t) jest trapezem: rośnie od 0, utrzymuje się na 6 i spada z powrotem do 0 w t = 4 s.
16.Splot i układy liniowe stacjonarne
Odpowiedź: h(1) = 0,03369
Odpowiedź impulsowa i szereg Fouriera: odpowiedź impulsowa h(t) w pełni opisuje układ liniowy stacjonarny: dla y′ + a·y = b·x jest to h(t) = b·e−atu(t), a dla y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] jest to h[n] = b·aⁿu[n]. Sinusoida cos ωt przechodzi ze wzmocnieniem |H(jω)| i fazą ∠H(jω), gdzie H jest transformatą Fouriera h. Sygnał okresowy jest sumą harmonicznych przy k/T: fala prostokątna ±A ma tylko harmoniczne nieparzyste o amplitudach 4A/(kπ), fala trójkątna o szczycie A ma 8A/(π²k²), a ciąg impulsów o wysokości A i współczynniku wypełnienia D ma wartość średnią A·D i harmoniczne (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.