Инженерная математика 2: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (16) с полными решениями в конце.

Новые задачиНазад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Дифференциальные уравнения

Экспоненциальный рост/убывание
dy/dt = ky → y = y0ekt
Период полураспада
k = ln 2 / t½
Закон охлаждения Ньютона
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Интегрирующий множитель
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Бак смешения
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Матрицы и определители

определитель 2×2
det = ad − bc
Обратная матрица 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Продукт
(AB)ij = Σk AikBkj
Собственные значения
det(A − λI) = 0
Правило Крамера
xi = det(Ai)/det(A)

Векторы: скалярное и векторное произведения

Модуль
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Единичный вектор
û = a/|a|
Компоненты по углу
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Скалярное произведение
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Скалярная проекция a на b
a·b/|b|
Работа
W = F·d
Векторное произведение
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Площади
параллелограмм |a × b|, треугольник ½|a × b|
Момент относительно O
MO = r × F, r = A − O
Объём параллелепипеда
V = |a·(b × c)|

Метод

  1. Записывайте каждый вектор в компонентах; для силы, заданной модулем и углом, используйте F·cos θ и F·sin θ.
  2. Для длин и направлений используйте модуль √(x² + y² + z²) и единичный вектор a/|a|.
  3. Скалярное произведение применяйте для углов, проекций, перпендикулярности и работы: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Векторное произведение применяйте для перпендикулярных векторов, площадей и моментов: аккуратно записывайте три компоненты, сохраняя порядок a × b.

Интегралы

Производная степени
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Определённый интеграл
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Основные интегралы
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Площадь между кривыми
∫ab (f − g) dx

Метод

  1. Где возможно, представьте подынтегральную функцию суммой простых слагаемых.
  2. Примените правило степени: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), и табличные интегралы для ex, 1/x, sin и cos.
  3. Используйте замену переменной, когда видите функцию вместе с её производной.
  4. Для определённого интеграла вычислите F(b) − F(a).

Математический анализ функций нескольких переменных

Частные производные
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Градиент
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Производная по направлению
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Касательная плоскость
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Цепное правило
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Тест по вторым производным
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Двойной интеграл
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Полярные координаты
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Метод

  1. Для частной производной считайте другую переменную константой и используйте правила для одной переменной.
  2. В задачах на градиент вычислите ∇f = (fx, fy) в точке; используйте |∇f| для наибольшего наклона и ∇f·u с единичным вектором u для производной по направлению.
  3. Для экстремумов решите fx = 0 и fy = 0 совместно, затем классифицируйте каждую точку по D = fxx·fyy − fxy².
  4. Для двойного интеграла нарисуйте область, выберите порядок (или полярные координаты для кругов) так, чтобы пределы внутреннего интеграла были ограничивающими кривыми, и интегрируйте сначала внутренний.

Последовательности и ряды

Арифметическая прогрессия
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Геометрическая прогрессия
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Бесконечный геометрический ряд
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p-ряд
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Признак Даламбера
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Радиус сходимости
R = lim |ck/ck+1|
Многочлен Тейлора
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Ряд Маклорена
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Оценка Лагранжа
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Метод

  1. Определите тип: арифметическая (постоянная разность), геометрическая (постоянное отношение), стандартный ряд, степенной ряд или многочлен Тейлора.
  2. Для сумм используйте Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r) или S = a₁/(1 − r) при |r| < 1, где a₁ — первый член суммы.
  3. Для сходимости: сначала признак n-го члена, затем сравнение с Σ1/kᵖ или с геометрическим рядом, а для факториалов и k-х степеней используйте признак Даламбера или радикальный признак Коши.
  4. Для многочленов Тейлора выпишите f(a), f′(a), f″(a), …, разделите k-ю производную на k! и оцените погрешность по M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Свёртка и линейные стационарные системы

Дискретная свёртка
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Непрерывная свёртка
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Длина и сумма
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Начало, конец и площадь
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Ступенька на входе системы e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Система первого порядка
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Рекурсия первого порядка
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Синусоида на входе системы h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Амплитуды ряда Фурье
меандр ±A: 4A/(kπ), нечётные k; треугольная волна ±A: 8A/(π²k²), нечётные k; последовательность импульсов: A·D и (2A/(kπ))|sin kπD|

Метод

  1. Нарисуйте оба сигнала и отметьте, где каждый из них отличен от нуля.
  2. Отразите h и сдвигайте её: для каждого момента выхода найдите диапазон, где оба сигнала перекрываются.
  3. Перемножайте и складывайте (дискретный случай) или перемножайте и интегрируйте (непрерывный случай) только на этом перекрытии.
  4. Проверьте результат: выход начинается в сумме моментов начала, заканчивается в сумме моментов окончания, а его площадь или сумма равна произведению площадей или сумм входов.

2Тренировочные задачи

1.Дифференциальные уравненияСредняя
t (min)T (°C)25Ta​T = ?

Банку газировки температурой 5 °C достали из холодильника в комнату при 25 °C. Процесс подчиняется закону охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ). При k = 0,06 min⁻¹ найдите температуру T через 25 min.

T0 = 5 °CTa = 25 °Ck = 0,06 min⁻¹t = 25 min
T = °C
2.Дифференциальные уравненияСложная
t (min)m (kg)t = ?7 kg

В баке 100 L чистой воды. Рассол с содержанием соли 0,1 kg на литр поступает со скоростью 20 L/min, а хорошо перемешанный раствор вытекает с той же скоростью. Через сколько минут t в баке будет 7 kg соли?

V = 100 Lm0 = 0 kgc = 0,1 kg/Lr = 20 L/min
t = min
3.Матрицы и определителиСредняя
A =5034−23325

Найдите определитель det A показанной матрицы 3×3 A.

A = [5 0 3; 4 −2 3; 3 2 5]
det A =
4.Матрицы и определителиСложная
A =−36−25

Найдите большее собственное значение λ показанной матрицы A.

A = [−3 6; −2 5]
λ =
5.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
xyzab

Найдите значение k, при котором векторы a = (−1, 3, −2) и b = (k, −6, −2) перпендикулярны.

a = (−1, 3, −2)b = (k, −6, −2)
k =
6.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
xyzABC

Найдите площадь A треугольника с вершинами A(−4, 1, 0), B(2, 2, −2) и C(2, 2, −4). Координаты даны в метрах.

A(−4, 1, 0)B(2, 2, −2)C(2, 2, −4)
A = m²
7.ИнтегралыСредняя
xy03

Вычислите I = ∫03 e0,5x dx.

f(x) = e0,5x[0, 3]
I =
8.ИнтегралыСложная
xyy = 2x2​y = 4x

Найдите площадь A области, ограниченной y = 2x2 и y = 4x.

y = 2x2y = 4x
A =
9.Математический анализ функций нескольких переменныхСредняя
xy−3−2−101−202PQ

Для f(x, y) = 2y·e3xy найдите производную по направлению Duf в точке P(−1, 1) в направлении к Q(0, −3).

f(x, y) = 2y·e3xyP = (−1, 1)Q = (0, −3)
Duf =
10.Математический анализ функций нескольких переменныхСложная
xyx = 0,8y = x0,8

Интеграл I = ∫00,8 ∫y0,8 ex² dx dy нельзя вычислить в таком порядке. Измените порядок интегрирования и вычислите его.

f = ex²0 ≤ y ≤ x ≤ 0,8
I =
11.Последовательности и рядыСредняя
xx₀ = 3??R

Степенной ряд Σk=1∞ k·2ᵏ·(x − 3)ᵏ сходится на интервале вокруг x₀ = 3. Найдите правый конец x этого интервала.

Σ k·2ᵏ·(x − 3)ᵏx₀ = 3
x =
12.Последовательности и рядыСложная

Функция f(x) = sin x приближается её многочленом Маклорена степени 4 в точке x = 0,8. Используйте оценку Лагранжа M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! с M = 1, чтобы найти наибольшую возможную погрешность |R₄|.

f(x) = sin xn = 4x = 0,8M = 1
|R₄| =
13.Преобразования ЛапласаСредняя
ReIm−2−4−6−8

Найдите f(t) для F(s) = (4s + 34)/(s² + 8s + 17) выделением полного квадрата и вычислите f(0,3).

F(s) = (4s + 34)/(s² + 8s + 17)t = 0,3 s
f(0.3) =
14.Преобразования ЛапласаСложная
ReIm5

Система описывается дифференциальным уравнением y″ + 4y′ + 29y = 18u, где u(t) — вход, y(t) — выход. Найдите её передаточную функцию G(s) = Y(s)/U(s) (при нулевых начальных условиях) и вычислите импульсную характеристику g(t) при t = 0,2 s. Найдите g(0,2).

y″ + 4y′ + 29y = 18ut = 0,2 s
g(0.2) =
15.Свёртка и линейные стационарные системыСредняя
x(t)t14h(t)t41

Импульс x(t) = 4 при 0 ≤ t < 1 s (в остальное время нуль) подан на систему с импульсной характеристикой h(t) = 1 при 0 ≤ t < 4 s (в остальное время нуль). Найдите выход y(1,5) при t = 1,5 s.

x(t) = 4, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 1, 0 ≤ t < 4 st = 1,5 s
y(1.5) =
16.Свёртка и линейные стационарные системыСложная
δ[n]4+h[n]0,8·z⁻¹+

Система подчиняется уравнению y[n] = 0,8·y[n − 1] + 4·x[n] и начинает с состояния покоя. Найдите отсчёт h[5] её импульсной характеристики.

y[n] = 0,8y[n − 1] + 4x[n]x[n] = δ[n]
h[5] =

3Растворы

1.Дифференциальные уравнения

Ответ: T = 20,54 °C

Дифференциальные уравнения первого порядка: dy/dt = k·y имеет решение y = y₀·ekt (рост при k > 0, убывание при k < 0); период полураспада T даёт k = ln 2/T. Закон охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) даёт T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Линейное уравнение y′ + p(x)·y = q(x) решается с интегрирующим множителем μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, поэтому μy = ∫μq dx + C.

Решение закона охлаждения

T(t) = 25 + (−20)·e−0,06t

Подставьте t

T(25) = 25 + (−20)·0,2231 = 20,54 °C

Ответ

T = 20,54 °C
2.Дифференциальные уравнения

Ответ: t = 6,02 min

Дифференциальные уравнения первого порядка: dy/dt = k·y имеет решение y = y₀·ekt (рост при k > 0, убывание при k < 0); период полураспада T даёт k = ln 2/T. Закон охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) даёт T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Линейное уравнение y′ + p(x)·y = q(x) решается с интегрирующим множителем μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, поэтому μy = ∫μq dx + C.

Результат

m(t) = 10 + (−10)·e−t/5

Найдите t

e−t/5 = (10 − 7)/(10 − 0) = 0,3
t = 5·ln(3,333) = 6,02 min

Ответ

t = 6,02 min
3.Матрицы и определители

Ответ: det A = −38

Матрицы: определитель матрицы 2×2 равен ad − bc. Для 3×3 разложите по строке: каждый элемент умножается на определитель матрицы 2×2, оставшейся после вычёркивания его строки и столбца, с чередующимися знаками + − +. Собственные значения λ удовлетворяют det(A − λI) = 0; для 2×2 это λ² − (след)·λ + det = 0.

Миноры 2×2 первой строки

M₁₁ = −16, M₁₂ = 11, M₁₃ = 14

Разложение по строке

det A = 5·(−16) − 0·11 + 3·14 = −38

Ответ

det A = −38
4.Матрицы и определители

Ответ: λ = 3

Матрицы: определитель матрицы 2×2 равен ad − bc. Для 3×3 разложите по строке: каждый элемент умножается на определитель матрицы 2×2, оставшейся после вычёркивания его строки и столбца, с чередующимися знаками + − +. Собственные значения λ удовлетворяют det(A − λI) = 0; для 2×2 это λ² − (след)·λ + det = 0.

Характеристическое уравнение

λ² − (2)λ + (−3) = 0

Решите

λ = (2 ± √(16))/2 → λ = −1, 3
λ = 3

Ответ

λ = 3
5.Векторы: скалярное и векторное произведения

Ответ: k = −14

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.

Скалярное произведение равно нулю

a·b = (−1)·k + 3·(−6) + (−2)·(−2) = 0
−14 + (−1)·k = 0

Найдите k

k = −(−14)/(−1) = −14

Ответ

k = −14
6.Векторы: скалярное и векторное произведения

Ответ: A = 6,083 m²

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.

Векторы сторон

AB = B − A = (6, 1, −2)
AC = C − A = (6, 1, −4)

Векторное произведение

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 1·(−4) − (−2)·1 = −2
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = (−2)·6 − 6·(−4) = 12
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 6·1 − 1·6 = 0
|AB × AC| = √((−2)² + 12² + 0²) = 12,17

Площадь треугольника

A = ½·12,17 = 6,083 m²

Ответ

A = 6,083 m²
7.Интегралы

Ответ: I = 6,963

Определённые интегралы: ∫ₐᵇ f(x) dx — это площадь со знаком между графиком и осью x от a до b. Найдите первообразную F (F′ = f) и вычислите F(b) − F(a). Степенное правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площадь между двумя кривыми — ∫(верхняя − нижняя) dx.

Первообразная

F(x) = e0,5x/0,5

Подставьте пределы

I = (e1,5 − 1)/0,5 = (4,482 − 1)/0,5 = 6,963

Ответ

I = 6,963
8.Интегралы

Ответ: A = 2,667

Определённые интегралы: ∫ₐᵇ f(x) dx — это площадь со знаком между графиком и осью x от a до b. Найдите первообразную F (F′ = f) и вычислите F(b) − F(a). Степенное правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площадь между двумя кривыми — ∫(верхняя − нижняя) dx.

Точки пересечения

2x2 = 4x → x = 0, x = 2

Интегрируйте верхнюю минус нижнюю

A = [2x2 − 0,6667x3]02 = 2,667

Ответ

A = 2,667
9.Математический анализ функций нескольких переменных

Ответ: Duf = 0,2657

Градиент: ∇f = (fx, fy) указывает направление наискорейшего роста, а |∇f| — наибольшая скорость изменения. Производная по направлению v равна Duf = ∇f·u, где единичный вектор u = v/|v|. Касательная плоскость в точке (a, b) задаётся уравнением z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); она даёт линейное приближение f вблизи этой точки. Цепное правило: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Градиент в точке

fx = 6y²e3xy → fx(−1, 1) = 0,2987
fy = 2e3xy(1 + 3xy) → fy(−1, 1) = −0,1991

Единичный вектор

|v| = √(1² + (−4)²) = 4,123
u = (0,2425, −0,9701)

Скалярное произведение

Duf = 0,2987·0,2425 + (−0,1991)·(−0,9701) = 0,2657

Ответ

Duf = 0,2657
10.Математический анализ функций нескольких переменных

Ответ: I = 0,4482

Критические точки и двойные интегралы: в критической точке fx = fy = 0. Тест по вторым производным с D = fxxfyy − fxy²: D > 0 и fxx > 0 — локальный минимум, D > 0 и fxx < 0 — локальный максимум, D < 0 — седловая точка, а D = 0 ничего не решает. Для двойного интеграла по произвольной области пусть пределы внутреннего интеграла будут кривыми, ограничивающими область; для кругов и секторов используйте полярные координаты, x = r cos θ, y = r sin θ и dA = r dr dθ (не забывайте множитель r).

Область

0 ≤ y ≤ x, 0 ≤ x ≤ 0,8

Изменённый порядок

I = ∫00,8 ∫0x ex² dy dx = ∫00,8 x·ex² dx

Замена u = x²

I = [ex²/2]00,8 = 0,4482

Ответ

I = 0,4482
11.Последовательности и ряды

Ответ: x = 3,5

Сходимость: если члены не стремятся к 0, ряд расходится (необходимый признак сходимости, признак n-го члена). Σ1/kᵖ сходится только при p > 1, а Σrᵏ — только при |r| < 1. Сравнивайте ряд с одним из них, когда его члены при больших k ведут себя так же. Признак Даламбера: L = lim |ak+1/ak|; радикальный признак Коши: L = lim |ak|1/k. При L < 1 ряд сходится, при L > 1 расходится, при L = 1 вывода нет. Степенной ряд Σck(x − x₀)ᵏ сходится при |x − x₀| < R, где R = lim |ck/ck+1|; знакочередующийся ряд с членами, убывающими к 0, сходится.

Коэффициенты

ck/ck+1 = (1/2)·(k/(k + 1)) → 1/2

Радиус

R = 0,5

Интервал

2,5 < x < 3,5
x = 3,5

Ответ

x = 3,5

В двух конечных точках признак Даламбера ничего не говорит; их нужно проверять отдельно.

12.Последовательности и ряды

Ответ: |R₄| = 0,002731

Многочлены Тейлора: вблизи x = a гладкая функция приближается многочленом Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; при a = 0 это многочлен Маклорена. Стандартные ряды: 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. Оценка остатка по Лагранжу: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, где M — наибольшее значение |f⁽ⁿ⁺¹⁾| между a и x.

Оценка производной

M = 1

Оценка Лагранжа

|R₄| ≤ 1·0,8⁵/5! = 0,002731

Ответ

|R₄| = 0,002731

Истинная погрешность меньше: |f(0,8) − P₄(0,8)| = 0,002689.

13.Преобразования Лапласа

Ответ: f(0.3) = 2,753

Преобразование Лапласа: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt превращает производные в умножение на s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Стандартные пары: 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), а сдвиг s → s + σ умножает функцию времени на e−σt. Чтобы найти оригинал рациональной F(s), разложите её на простые дроби: вычет простого полюса p равен A = [(s − p)·F(s)] при s = p. Теорема о конечном значении: f(∞) = lims→0 s·F(s), верна только когда все полюсы s·F(s) лежат в левой полуплоскости. Теорема о начальном значении: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Выделение полного квадрата

s² + 8s + 17 = (s + 4)² + 1 = (s + 4)² + 1²

Подбор числителя

F(s) = 4·(s + 4)/((s + 4)² + 1²) + (18/1)·1/((s + 4)² + 1²)

Обратное преобразование

f(t) = e−4t·(4·cos 1t + 18·sin 1t)
f(0,3) = e−4·0,3·(4·cos(1·0,3) + 18·sin(1·0,3)) = 2,753

Ответ

f(0,3) = 2,753
14.Преобразования Лапласа

Ответ: g(0.2) = 2,031

Преобразование Лапласа: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt превращает производные в умножение на s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Стандартные пары: 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), а сдвиг s → s + σ умножает функцию времени на e−σt. Чтобы найти оригинал рациональной F(s), разложите её на простые дроби: вычет простого полюса p равен A = [(s − p)·F(s)] при s = p. Теорема о конечном значении: f(∞) = lims→0 s·F(s), верна только когда все полюсы s·F(s) лежат в левой полуплоскости. Теорема о начальном значении: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Передаточная функция

G(s) = Y(s)/U(s) = 18/(s² + 4s + 29)

Простые дроби

s² + 4s + 29 = (s + 2)² + 5²
G(s) = (18/5)·5/((s + 2)² + 5²)

Импульсная характеристика

g(t) = e−2t·(3,6·sin 5t)
g(0,2) = 2,031

Ответ

g(0,2) = 2,031
15.Свёртка и линейные стационарные системы

Ответ: y(1.5) = 4

Непрерывная свёртка: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Отразите h, сдвиньте в положение t и проинтегрируйте произведение перекрывающихся частей. Для причинных сигналов интеграл берётся от 0 до t. Полезные факты: площадь y равна площади x, умноженной на площадь h; если x длится от t₁ до t₂, а h — от t₃ до t₄, то y длится от t₁ + t₃ до t₂ + t₄. Для h(t) = e−atu(t) и ступеньки высотой A получаем y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Перекрытие отражённого импульса

h(t − τ) — это импульс h, отражённый и сдвинутый так, что он заканчивается в точке τ = t.

τ ∈ [0, 1] → длина 1 s

Интеграл

y(1,5) = 4·1·1 = 4

Ответ

y(1,5) = 4

y(t) имеет форму трапеции: она растёт от 0, держится на уровне 4 и снова падает до 0 при t = 5 s.

16.Свёртка и линейные стационарные системы

Ответ: h[5] = 1,311

Импульсная характеристика и ряд Фурье: импульсная характеристика h(t) полностью описывает линейную стационарную систему: для y′ + a·y = b·x она равна h(t) = b·e−atu(t), а для y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] — h[n] = b·aⁿu[n]. Синусоида cos ωt проходит с коэффициентом передачи |H(jω)| и фазой ∠H(jω), где H — преобразование Фурье функции h. Периодический сигнал — это сумма гармоник на частотах k/T: меандр с амплитудой ±A содержит только нечётные гармоники с амплитудами 4A/(kπ), треугольная волна с пиком A — 8A/(π²k²), а последовательность импульсов высотой A и коэффициентом заполнения D имеет среднее значение A·D и гармоники (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.

Итерации

h[0] = 4
h[1] = 3,2
h[2] = 2,56
h[3] = 2,048
h[4] = 1,638
h[5] = 1,311

Результат

h[5] = 4·(0,8)5 = 1,311

Ответ

h[5] = 1,311

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