Mühendislik Matematiği 2: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 16 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorularDerse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Diferansiyel denklemler

Üstel büyüme/azalma
dy/dt = ky → y = y0ekt
Yarı ömür
k = ln 2 / t½
Newton’un soğuma yasası
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
İntegrasyon çarpanı
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Karıştırma tankı
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Matrisler ve determinantlar

2×2 determinant
det = ad − bc
2×2 ters matris
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Ürün
(AB)ij = Σk AikBkj
Özdeğerler
det(A − λI) = 0
Cramer kuralı
xi = det(Ai)/det(A)

Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Büyüklük
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Birim vektör
û = a/|a|
Açıdan bileşenler
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Skaler çarpım
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
a’nın b üzerindeki skaler izdüşümü
a·b/|b|
İş
W = F·d
Vektörel çarpım
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Alanlar
paralelkenar |a × b|, üçgen ½|a × b|
O’ya göre moment
MO = r × F, r = A − O
Paralelyüzlünün hacmi
V = |a·(b × c)|

Yöntem

  1. Her vektörü bileşenleriyle yazın; büyüklük ve açıyla verilen bir kuvvet için F·cos θ ve F·sin θ kullanın.
  2. Uzunluklar ve doğrultular için √(x² + y² + z²) büyüklüğünü ve a/|a| birim vektörünü kullanın.
  3. Açılar, izdüşümler, diklik ve iş için skaler çarpımı kullanın: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Dik vektörler, alanlar ve momentler için vektörel çarpımı kullanın: üç bileşeni dikkatle yazın ve a × b sırasını koruyun.

İntegraller

Kuvvet kuralı
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Belirli integral
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Temel integraller
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Eğriler arasındaki alan
∫ab (f − g) dx

Yöntem

  1. Mümkünse integrali alınan ifadeyi basit terimlerin toplamı olarak yeniden yazın.
  2. Kuvvet kuralını uygulayın: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1); ex, 1/x, sin ve cos için standart integralleri kullanın.
  3. Bir fonksiyonu ve türevini bir arada gördüğünüzde değişken değiştirme kullanın.
  4. Belirli integralde F(b) − F(a)’yı hesaplayın.

Çok değişkenli analiz

Kısmi türevler
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradyan
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Yönlü türev
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Teğet düzlem
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Zincir kuralı
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
İkinci türev testi
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Çift katlı integral
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Kutupsal koordinatlar
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Yöntem

  1. Kısmi türevde öbür değişkeni sabit sayın ve tek değişkenli kuralları kullanın.
  2. Gradyan sorularında ∇f = (fx, fy) değerini noktada hesaplayın; en dik eğim için |∇f|’i, yönlü türev için bir u birim vektörüyle ∇f·u’yu kullanın.
  3. Ekstremumlar için fx = 0 ve fy = 0 denklemlerini birlikte çözün, sonra her noktayı D = fxx·fyy − fxy² ile sınıflandırın.
  4. Çift katlı integral için bölgeyi çizin, iç sınırlar sınırlayıcı eğriler olacak şekilde sırayı (diskler için kutupsal koordinatları) seçin ve içtekinden başlayarak integral alın.

Diziler ve seriler

Aritmetik dizi
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Geometrik dizi
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Sonsuz geometrik seri
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p-serisi
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Oran testi
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Yakınsaklık yarıçapı
R = lim |ck/ck+1|
Taylor polinomu
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Maclaurin serisi
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Lagrange hata sınırı
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Yöntem

  1. Türü belirleyin: aritmetik (sabit fark), geometrik (sabit oran), standart bir seri, bir kuvvet serisi ya da bir Taylor polinomu.
  2. Toplamlar için Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r) ya da |r| < 1 iken S = a₁/(1 − r) kullanın; a₁ toplamın ilk terimidir.
  3. Yakınsaklık için: önce n. terim testi, sonra Σ1/kᵖ ya da bir geometrik seriyle karşılaştırma; faktöriyeller ve k. kuvvetler için oran ya da kök testini kullanın.
  4. Taylor polinomları için f(a), f′(a), f″(a), … değerlerini listeleyin, k. türevi k!’e bölün ve hatayı M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)! ile sınırlayın.

Evrişim ve LTI sistemler

Ayrık evrişim
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Sürekli evrişim
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Uzunluk ve toplam
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Başlangıç, bitiş ve alan
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
e^(−at)u(t)’ye basamak girişi
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Birinci dereceden sistem
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Birinci dereceden özyineleme
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
h(t)’den geçen sinüs
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Fourier serisi genlikleri
kare ±A: 4A/(kπ), k tek; üçgen ±A: 8A/(π²k²), k tek; darbe katarı: A·D ve (2A/(kπ))|sin kπD|

Yöntem

  1. İki işareti de çizin ve her birinin sıfırdan farklı olduğu yeri not edin.
  2. h’yi çevirip kaydırın: her çıkış zamanı için iki işaretin çakıştığı aralığı bulun.
  3. Yalnızca o çakışma üzerinde çarpıp toplayın (ayrık) veya çarpıp integre edin (sürekli).
  4. Sonucu kontrol edin: çıkış, başlangıç zamanlarının toplamında başlar, bitiş zamanlarının toplamında biter; alanı veya toplamı da girişlerin alanlarının veya toplamlarının çarpımıdır.

2Alıştırma soruları

1.Diferansiyel denklemlerOrta
t (min)T (°C)9Ta​T = ?

83 °C’deki bir fincan kahve 21 °C’deki bir odada bırakılıyor. Newton’un soğuma yasasını izler: dT/dt = −k·(T − Tₐ). k = 0,07 min⁻¹ ile 9 dakika sonraki sıcaklığı T değerini bulun.

T0 = 83 °CTa = 21 °Ck = 0,07 min⁻¹t = 9 min
T = °C
2.Diferansiyel denklemlerZor
t (min)m (kg)5 minm = ?

Bir tankta 100 L saf su var. Litre başına 0,2 kg tuz içeren tuzlu su 20 L/min debiyle giriyor ve iyi karışmış çözelti aynı debiyle çıkıyor. 5 dakika sonra tankta ne kadar tuz m vardır?

V = 100 Lm0 = 0 kgc = 0,2 kg/Lr = 20 L/min
m = kg
3.Matrisler ve determinantlarOrta
A =−35−16B =2−6−11

Gösterilen matrisler için C = AB olsun. c11 elemanını bulun (satır 1, sütun 1).

A = [−3 5; −1 6]B = [2 −6; −1 1]
c11 =
4.Matrisler ve determinantlarZor
A =−16−2−6b =39

−x + 6y = 3 ve −2x − 6y = 9 sistemini çözün. x'yi bulun.

−x + 6y = 3−2x − 6y = 9
x =
5.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımOrta
xyzab

a = (1, 6, 2) ve b = (4, 5, k) vektörlerinin dik olduğu k değerini bulun.

a = (1, 6, 2)b = (4, 5, k)
k =
6.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımZor
xyzrFOA

F = (30, −60, 30) N kuvveti A(0, 2, −1) noktasına etki ediyor. Koordinatlar metre cinsindendir. Kuvvetin O(−2, −2, −1) noktası noktasına göre momentinin büyüklüğünü |M| bulun.

F = (30, −60, 30) NA(0, 2, −1) mO(−2, −2, −1) m
|M| = N·m
7.İntegrallerOrta
xy28

I = ∫28 4/x dx'i hesaplayın.

f(x) = 4/x[2, 8]
I =
8.İntegrallerZor
xy1,5y = x²eˣ

I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx değerini hesaplayın.

∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
9.Çok değişkenli analizOrta
xy1−1P

f(0,8, −0,9) değerini yaklaşık olarak bulmak için f(x, y) = 3x²y − 3x³ + 2xy fonksiyonunun (1, −1) noktasındaki teğet düzlemini kullanın. Doğrusal yaklaşımı, L, verin.

f(x, y) = 3x²y − 3x³ + 2xy(a, b) = (1, −1)(x, y) = (0,8, −0,9)
L =
10.Çok değişkenli analizZor
xy−505−4−202AB

İşaretli noktalar f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 6y fonksiyonunun kritik noktalarıdır. Yerel maksimuma tıklayın.

f(x, y) = −x³ + 27x − y² − 6y
  1. 1A (−3, −3)
  2. 2B (3, −3)
11.Diziler ve serilerOrta
xx₀ = 1??R

Σk=1∞ 3ᵏ·(x − 1)ᵏ/(k + 1) kuvvet serisinin yakınsaklık yarıçapını, R, bulun.

Σ 3ᵏ·(x − 1)ᵏ/(k + 1)x₀ = 1
R =
12.Diziler ve serilerZor

Seriyi tanıyın ve toplamını bulun: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·0,82k/(2k)!.

ak = (−1)ᵏ·0,82k/(2k)!
S =
13.Laplace dönüşümleriOrta
t (s)f(t)t = 0,6f(0,6) = ?

F(s) = 10/(s(s + 1)(s + 3)) için f(t)’yi kısmi kesirlerle bulun ve f(0,6) değerini hesaplayın.

F(s) = 10/(s(s + 1)(s + 3))t = 0,6 s
f(0.6) =
14.Laplace dönüşümleriZor
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

Bir sistem y″ + 3y′ + 2y = 2·u(t) denklemine uyuyor; y(0) = 5 ve y′(0) = 0’dır. t = 0 anında u(t) = 5 basamak girişi uygulanır. y(0,3) değerini Laplace dönüşümüyle bulun.

y″ + 3y′ + 2y = 2·u(t)y(0) = 5y′(0) = 0u(t) = 5t = 0,3 s
y(0.3) =
15.Evrişim ve LTI sistemlerOrta
x(t)t21h(t)t42

x(t) = 1 (0 ≤ t < 2 s için, başka yerde sıfır) darbesi, h(t) = 2 (0 ≤ t < 4 s için, başka yerde sıfır) darbe yanıtına sahip bir sisteme uygulanıyor. t = 2.5 s anında çıkışı (y(2,5)) bulun.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 2 sh(t) = 2, 0 ≤ t < 4 st = 2,5 s
y(2.5) =
16.Evrişim ve LTI sistemlerZor
u[n]3+y[n]−0,5·z⁻¹+

Bir sistem y[n] = −0,5·y[n − 1] + 3·x[n] denklemine uyar ve durgun başlar. Giriş x[n] = u[n] birim basamağıdır. y[5] değerini bulun.

y[n] = −0,5y[n − 1] + 3x[n]x[n] = u[n]
y[5] =

3Çözeltiler

1.Diferansiyel denklemler

Cevap: T = 54,02 °C

Birinci mertebe diferansiyel denklemler: dy/dt = k·y’nin çözümü y = y₀·ekt’dir (k > 0 için büyüme, k < 0 için azalma); T yarı ömrü k = ln 2/T verir. Newton’un soğuma yasası dT/dt = −k·(T − Tₐ), T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt verir. y′ + p(x)·y = q(x) lineer denklemi μ = e∫p dx integrasyon çarpanıyla çözülür: (μy)′ = μq, dolayısıyla μy = ∫μq dx + C.

Soğuma yasasının çözümü

T(t) = 21 + 62·e−0,07t

t’yi yerine koyun

T(9) = 21 + 62·0,5326 = 54,02 °C

Cevap

T = 54,02 °C
2.Diferansiyel denklemler

Cevap: m = 12,64 kg

Birinci mertebe diferansiyel denklemler: dy/dt = k·y’nin çözümü y = y₀·ekt’dir (k > 0 için büyüme, k < 0 için azalma); T yarı ömrü k = ln 2/T verir. Newton’un soğuma yasası dT/dt = −k·(T − Tₐ), T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt verir. y′ + p(x)·y = q(x) lineer denklemi μ = e∫p dx integrasyon çarpanıyla çözülür: (μy)′ = μq, dolayısıyla μy = ∫μq dx + C.

Denklemi kurun

dm/dt = 20·0,2 − (20/100)·m = 4 − 0,2·m

Çözün

İntegrasyon çarpanı ert/V’dir; çözüm c·V denge değerine yaklaşır.

m(t) = 20 + (−20)·e−t/5

t’yi yerine koyun

m(5) = 20 + (−20)·0,3679 = 12,64 kg

Cevap

m = 12,64 kg
3.Matrisler ve determinantlar

Cevap: c11 = −11

Matrisler: 2×2 matrisin determinantı ad − bc'dir. 3×3 için bir satır boyunca açın: her eleman, kendi satırı ve sütunu silinince kalan 2×2 matrisin determinantıyla çarpılır, işaretler + − + şeklinde değişir. Özdeğerler λ, det(A − λI) = 0'ı sağlar; 2×2 için bu λ² − (iz)·λ + det = 0'dır.

Satır çarpı sütun

c11 = (−3)·2 + 5·(−1) = −11

Cevap

c11 = −11
4.Matrisler ve determinantlar

Cevap: x = −4

Matrisler: 2×2 matrisin determinantı ad − bc'dir. 3×3 için bir satır boyunca açın: her eleman, kendi satırı ve sütunu silinince kalan 2×2 matrisin determinantıyla çarpılır, işaretler + − + şeklinde değişir. Özdeğerler λ, det(A − λI) = 0'ı sağlar; 2×2 için bu λ² − (iz)·λ + det = 0'dır.

Katsayılar matrisinin determinantı

det A = (−1)·(−6) − 6·(−2) = 18

x sütununu değiştirin

det Aₓ = 3·(−6) − 6·9 = −72
x = −72/18 = −4

Cevap

x = −4
y = −0,1667
5.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: k = −17

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.

Skaler çarpım sıfıra eşit

a·b = 1·4 + 6·5 + 2·k = 0
34 + 2·k = 0

k için çözün

k = −34/2 = −17

Cevap

k = −17
6.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: |M| = 275 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.

O’dan A’ya konum vektörü

r = A − O = (0, 2, −1) − (−2, −2, −1) = (2, 4, 0) m

Moment M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 4·30 − 0·(−60) = 120 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 0·30 − 2·30 = −60 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = 2·(−60) − 4·30 = −240 N·m

Büyüklük

|M| = √(120² + (−60)² + (−240)²) = 275 N·m

Cevap

|M| = 275 N·m
7.İntegraller

Cevap: I = 5,545

Belirli integraller: ∫ₐᵇ f(x) dx, a'dan b'ye grafik ile x ekseni arasındaki işaretli alandır. Bir ilkel fonksiyon F (F′ = f) bulun ve F(b) − F(a)'yı hesaplayın. Kuvvet kuralı: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). İki eğri arasındaki alan ∫(üst − alt) dx'tir.

İlkel fonksiyon

F(x) = 4·ln x

Sınırları yerine koyun

I = 4·(ln 8 − ln 2) = 4·ln 4 = 5,545

Cevap

I = 5,545
8.İntegraller

Cevap: I = 3,602

Kısmi integrasyon: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, çarpım kuralından gelir. u olarak türevi alındığında basitleşen çarpanı (x’in bir kuvveti ya da ln x), dv olarak ise integralini alabildiğiniz çarpanı (eˣ, sin x, cos x ya da u = ln x iken x) seçin. Belirli integralde u·v’yi iki sınırda hesaplayın: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. x² çarpanı iki tur gerektirir.

Birinci tur

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

İkinci tur

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Limitler

4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602

Cevap

I = 3,602
9.Çok değişkenli analiz

Cevap: L = −4,1

Gradyan: ∇f = (fx, fy) en dik artış yönünü gösterir ve |∇f| en büyük değişim hızıdır. Bir v yönündeki yönlü türev, u = v/|v| birim vektörüyle Duf = ∇f·u’dur. (a, b) noktasındaki teğet düzlem z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b)’dir; f’nin o nokta yakınındaki doğrusal yaklaşımını verir. Zincir kuralı: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Noktadaki değer ve eğimler

f(1, −1) = −8
fx = 6xy − 9x² + 2y → fx(1, −1) = −17
fy = 3x² + 2x → fy(1, −1) = 5

Teğet düzlem

z = −8 − 17(x − 1) + 5(y + 1)
z = −17x + 5y + 14

Doğrusal yaklaşım

L = −8 + (−17)·(−0,2) + 5·0,1 = −4,1

Cevap

L = −4,1

Tam değer f = −4,704’dır; adım küçük olduğu için düzlem ona yakındır.

10.Çok değişkenli analiz

Cevap: B (3, −3)

Kritik noktalar ve çift katlı integraller: bir kritik noktada fx = fy = 0’dır. D = fxxfyy − fxy² ile ikinci türev testi: D > 0 ve fxx > 0 yerel minimum, D > 0 ve fxx < 0 yerel maksimum, D < 0 eyer noktasıdır ve D = 0 hiçbir şeye karar vermez. Genel bir bölge üzerindeki çift katlı integralde iç sınırlar bölgeyi çevreleyen eğriler olsun; diskler ve daireler için kutupsal koordinatları kullanın: x = r cos θ, y = r sin θ ve dA = r dr dθ (r çarpanını unutmayın).

Kritik noktalar

fx = 0 ve fy = 0 denklemlerini birlikte çözün.

fx = −(3x² − 27) = 0
fy = −(2y + 6) = 0
(3, −3), (−3, −3)

İkinci türev testi

(3, −3): fxx = −18, fyy = −2, fxy = 0, D = 36 → yerel maksimum
(−3, −3): fxx = 18, fyy = −2, fxy = 0, D = −36 → eyer noktası

Nokta

B (3, −3): yerel maksimum

Cevap

B (3, −3)
11.Diziler ve seriler

Cevap: R = 0,3333

Yakınsaklık: terimler 0’a gitmiyorsa seri ıraksar (n. terim testi). Σ1/kᵖ yalnızca p > 1 için, Σrᵏ yalnızca |r| < 1 için yakınsar. Terimleri büyük k için bunlara benziyorsa bir seriyi bunlardan biriyle karşılaştırın. Oran testi: L = lim |ak+1/ak|; kök testi: L = lim |ak|1/k. L < 1 yakınsar, L > 1 ıraksar, L = 1 hiçbir şeye karar vermez. Bir kuvvet serisi Σck(x − x₀)ᵏ, R = lim |ck/ck+1| olmak üzere |x − x₀| < R için yakınsar; terimleri 0’a azalan değişen işaretli bir seri yakınsar.

Katsayılar

ck/ck+1 = (1/3)·(k + 2)/(k + 1) → 0,3333

Yarıçap

R = 0,3333

Cevap

R = 0,3333

Oran testi iki uç noktada bir şey söylemez; bunlar ayrıca denetlenmelidir.

12.Diziler ve seriler

Cevap: S = 0,6967

Taylor polinomları: x = a yakınında türevlenebilir bir fonksiyon Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n! ile yaklaşıklanır; a = 0 için bu Maclaurin polinomudur. Standart seriler: 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 hata sınırı: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!; burada M, a ile x arasında |f⁽ⁿ⁺¹⁾|’in en büyük değeridir.

Standart seriler

Σ (−1)ᵏx2k/(2k)! = cos x

Yerine koyun

x = 0,8
S = cos 0,8 = 0,6967

Cevap

S = 0,6967
13.Laplace dönüşümleri

Cevap: f(0.6) = 0,8648

Laplace dönüşümü: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt türevleri s ile çarpmaya çevirir: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standart çiftler: 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); s → s + σ kayması zaman fonksiyonunu e−σt ile çarpar. Rasyonel bir F(s)’in ters dönüşümünü almak için onu kısmi kesirlere ayırın: basit bir p kutbunun kalıntısı A = [(s − p)·F(s)] değerinin s = p’deki değeridir. Son değer teoremi: f(∞) = lims→0 s·F(s); yalnızca s·F(s)’in tüm kutupları sol yarı düzlemdeyse geçerlidir. Başlangıç değeri teoremi: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Kısmi kesirler

F(s) = A/s + B/(s + 1) + C/(s + 3)
A = 10/(1·3) = 3,333
B = 10/((−1)·2) = −5
C = 10/((−3)·(−2)) = 1,667

Ters dönüşüm

f(t) = 3,333 − 5·e−t + 1,667·e−3t

Hesaplayın

f(0,6) = 3,333 − 5·e−0,6 + 1,667·e−3·0,6 = 0,8648

Cevap

f(0,6) = 0,8648
14.Laplace dönüşümleri

Cevap: y(0.3) = 5

Laplace dönüşümü: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt türevleri s ile çarpmaya çevirir: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standart çiftler: 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); s → s + σ kayması zaman fonksiyonunu e−σt ile çarpar. Rasyonel bir F(s)’in ters dönüşümünü almak için onu kısmi kesirlere ayırın: basit bir p kutbunun kalıntısı A = [(s − p)·F(s)] değerinin s = p’deki değeridir. Son değer teoremi: f(∞) = lims→0 s·F(s); yalnızca s·F(s)’in tüm kutupları sol yarı düzlemdeyse geçerlidir. Başlangıç değeri teoremi: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Denklemi dönüştürün

(s² + 3s + 2)·Y(s) = 5s + 15 + 10/s
Y(s) = (5s² + 15s + 10)/(s(s + 1)(s + 2))

Kısmi kesirler

A = 10/(1·2) = 5
B = 0/((−1)·1) = 0
C = 0/((−2)·(−1)) = 0

Sonuç

y(t) = 5
y(0,3) = 5

Cevap

y(0,3) = 5

Kontrol: y(0) = A + B + C = 5.

15.Evrişim ve LTI sistemler

Cevap: y(2.5) = 4

Sürekli evrişim: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. h’yi çevirin, t konumuna kaydırın ve çakışan kısımların çarpımını integre edin. Nedensel işaretler için integral 0’dan t’ye kadar alınır. Yararlı sonuçlar: y’nin alanı, x’in alanı çarpı h’nin alanıdır; x, t₁’den t₂’ye ve h, t₃’ten t₄’e kadar sürüyorsa y, t₁ + t₃’ten t₂ + t₄’e kadar sürer. h(t) = e−atu(t) ve A yüksekliğinde bir basamak için y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Çevrilmiş darbenin çakışması

h(t − τ), h darbesinin çevrilip τ = t’de bitecek şekilde kaydırılmış hâlidir.

τ ∈ [0, 2] → uzunluk 2 s

İntegral

y(2,5) = 1·2·2 = 4

Cevap

y(2,5) = 4

y(t) bir yamuktur: 0’dan yükselir, 4’da kalır ve t = 6 s anında 0’a geri iner.

16.Evrişim ve LTI sistemler

Cevap: y[5] = 1,969

Darbe yanıtı ve Fourier serisi: h(t) darbe yanıtı bir LTI sistemi tamamen tanımlar: y′ + a·y = b·x için h(t) = b·e−atu(t), y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] için ise h[n] = b·aⁿu[n]’dir. cos ωt sinüsü, |H(jω)| kazancı ve ∠H(jω) fazıyla geçer; burada H, h’nin Fourier dönüşümüdür. Periyodik bir işaret, k/T’deki harmoniklerin toplamıdır: ±A’lık bir kare dalgada yalnızca tek harmonikler vardır ve genlikleri 4A/(kπ)’dir; tepe değeri A olan bir üçgen dalgada 8A/(π²k²), A yüksekliğinde ve D görev oranında bir darbe katarında ise ortalama A·D ve harmonikler (2A/(kπ))·|sin(kπD)|’dir.

Yineleyin

y[0] = 3
y[1] = 1,5
y[2] = 2,25
y[3] = 1,875
y[4] = 2,063
y[5] = 1,969

Sonuç

y[5] = 3·(1 − (−0,5)6)/(1 − (−0,5)) = 1,969

Cevap

y[5] = 1,969

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