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
tyy(0) = 2y(1,5) = ?

y″ + 4y′ + 4y = 0 denklemini y(0) = 2 ve y′(0) = 1 ile çözün. y(1,5) değerini bulun.

y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 2y′(0) = 1
y(1.5) =
2.Diferansiyel denklemlerZor
t (min)m (kg)65 minm = ?

Bir tankta, içinde 20 kg tuz çözünmüş 400 L su var. Litre başına 0,2 kg tuz içeren tuzlu su 4 L/min debiyle giriyor ve iyi karışmış çözelti aynı debiyle çıkıyor. 65 dakika sonra tankta ne kadar tuz m vardır?

V = 400 Lm0 = 20 kgc = 0,2 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
3.Matrisler ve determinantlarOrta
A =5−4−2−212334

Gösterilen 3×3 A matrisinin determinantı det A'ı bulun.

A = [5 −4 −2; −2 1 2; 3 3 4]
det A =
4.Matrisler ve determinantlarZor
A =1−1−20

Gösterilen A matrisinin büyük özdeğeri λ'ı bulun.

A = [1 −1; −2 0]
λ =
5.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımOrta
xyzab

a = (5, 4, −4) vektörünün b = (5, −6, 5) vektörü üzerindeki skaler izdüşümünü compb a bulun, yani a vektörünün b doğrultusundaki bileşenini.

a = (5, 4, −4)b = (5, −6, 5)
compb a =
6.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımZor
xyzab

n̂ birim vektörü hem a = (−2, −1, −3) hem de b = (−3, 3, 4) vektörüne diktir ve pozitif z bileşenine sahiptir. Onun x bileşenini n̂x bulun.

a = (−2, −1, −3)b = (−3, 3, 4)n̂z > 0
n̂x =
7.İntegrallerOrta
xy1y = x·cos x

I = ∫₀1 x·cos x dx değerini hesaplayın (x radyan cinsinden).

∫₀1 x·cos x dx
I =
8.İntegrallerZor
xy2,5y = x²eˣ

I = ∫₀2,5 x²·eˣ dx değerini hesaplayın.

∫₀2,5 x²eˣ dx
I =
9.Çok değişkenli analizOrta

z = 4x²y − 4x³ − 5y³ − 2xy, x = −t − 2 ve y = 2t² − 1. t = 2 anında dz/dt değerini bulmak için zincir kuralını kullanın.

z = 4x²y − 4x³ − 5y³ − 2xyx = −t − 2y = 2t² − 1t = 2
dz/dt =
10.Çok değişkenli analizZor
xy1

I = ∬R (x² + y²) dA integralini hesaplamak için kutupsal koordinatları kullanın; burada R: x² + y² ≤ 1 diskinin üst yarısı (y ≥ 0).

f = x² + y²0 ≤ r ≤ 10 ≤ θ ≤ π
I =
11.Diziler ve serilerOrta
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Σk=1∞ kᵏ/(5ᵏ·k!) serisine oran testini uygulayın. L = lim |ak+1/ak| değerini bulun.

ak = kᵏ/(5ᵏ·k!)
L =
12.Diziler ve serilerZor

f(x) = e−x fonksiyonunun a = 2 civarındaki Taylor serisinde (x − 2)⁴ teriminin katsayısını, c₄, bulun.

f(x) = e−xa = 2k = 4
c₄ =
13.Laplace dönüşümleriOrta
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−81

F(s) = (5s + 28)/(s² + 11s + 28). Ters dönüşümü f(t) = A·e−4t + B·e−7t biçimindedir. A katsayısını kısmi kesirlerle bulun.

F(s) = (5s + 28)/(s² + 11s + 28)
A =
14.Laplace dönüşümleriZor
t (s)y(t)t = 0,4y(0,4) = ?

Bir sistem y″ + 5y′ + 6y = 30·u(t) denklemine uyuyor. Dinlenme durumunda başlar (y(0) = 0, y′(0) = 0) ve giriş, t ≥ 0 için u(t) = 2 basamağıdır. Çıkış y(0,4) değerini Laplace dönüşümüyle bulun.

y″ + 5y′ + 6y = 30·u(t)u(t) = 2y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,4 s
y(0.4) =
15.Evrişim ve LTI sistemlerOrta
x(t)t0,510h(t)t1

x(t) = 10 (0 ≤ t < 0.5 s için, başka yerde sıfır) darbesi, h(t) = e−1tu(t) olan bir sisteme uygulanıyor. Darbe bittikten sonra, t = 2 s anında çıkışı (y(2)) bulun.

x(t) = 10, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−1tu(t)t = 2 s
y(2) =
16.Evrişim ve LTI sistemlerZor
2cos(20t)h(t) = 10e−20t​u(t)y(t)

x(t) = 2·cos(20t) girişi, h(t) = 10·e−20tu(t) olan bir sisteme uygulanıyor. Kalıcı durum çıkışının girişe göre fazını (φ) derece cinsinden bulun.

h(t) = 10e−20tu(t)x(t) = 2cos(20t)
φ = °

3Çözeltiler

1.Diferansiyel denklemler

Cevap: y(1.5) = 0,473

İkinci mertebeden doğrusal denklemler: y″ + b·y′ + c·y = 0 için y = ert deneyin: bu, r² + b·r + c = 0 karakteristik denklemini verir. İki farklı gerçek kök r₁ ≠ r₂, y = A·er₁t + B·er₂t verir (aşırı sönümlü); çift kök r, y = (A + Bt)·ert verir (kritik sönümlü); −α ± jω karmaşık kökleri y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) verir (az sönümlü, salınımlı). Başlangıç değerleri y(0) ve y′(0), A ile B’yi belirler. y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 biçiminde yazıldığında ωn doğal frekans, ζ sönüm oranıdır: ζ < 1 salınım yapar. Sabit bir girişle, y″ + by′ + cy = c·K, çözüm K sürekli değeri artı serbest tepkidir.

Çift kök

(r + 2)² = 0 → r = −2

Sabitler

A = y(0) = 2
y′(0) = B − 2A → B = 1 + 4 = 5

Hesaplayın

y(1,5) = (2 + 5·1,5)·e−3 = 0,473

Cevap

y(1,5) = 0,473
2.Diferansiyel denklemler

Cevap: m = 48,68 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 = 4·0,2 − (4/400)·m = 0,8 − 0,01·m

Çözün

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

m(t) = 80 + (−60)·e−t/100

t’yi yerine koyun

m(65) = 80 + (−60)·0,522 = 48,68 kg

Cevap

m = 48,68 kg
3.Matrisler ve determinantlar

Cevap: det A = −48

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.

İlk satırın 2×2 minörleri

M₁₁ = −2, M₁₂ = −14, M₁₃ = −9

Kofaktör açılımı

det A = 5·(−2) − (−4)·(−14) + (−2)·(−9) = −48

Cevap

det A = −48
4.Matrisler ve determinantlar

Cevap: λ = 2

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.

Karakteristik denklem

λ² − (1)λ + (−2) = 0

Çözün

λ = (1 ± √(9))/2 → λ = −1, 2
λ = 2

Cevap

λ = 2
5.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: compb a = −2,049

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

a·b = 5·5 + 4·(−6) + (−4)·5 = −19

b’nin uzunluğu

|b| = √(5² + (−6)² + 5²) = 9,274

Skaler izdüşüm

compb a = a·b/|b| = −19/9,274 = −2,049

Cevap

compb a = −2,049

Negatif: a’nın b’ye ters yönde bir bileşeni vardır.

6.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: n̂x = −0,2516

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.

Vektörel çarpım

(a × b)x = aybz − azby = (−1)·4 − (−3)·3 = 5
(a × b)y = azbx − axbz = (−3)·(−3) − (−2)·4 = 17
(a × b)z = axby − aybx = (−2)·3 − (−1)·(−3) = −9

Normalleştirin

a × b’nin z bileşeni negatiftir, bu yüzden −(a × b) kullanın.

|a × b| = √(5² + 17² + (−9)²) = 19,87
n̂ = −(5, 17, −9)/19,87 = (−0,2516, −0,8554, 0,4528)
n̂x = −0,2516

Cevap

n̂x = −0,2516
7.İntegraller

Cevap: I = 0,3818

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.

u ve dv’yi seçin

u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x

İlkel fonksiyon

∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x

Limitler

(1·sin 1 + cos 1) − (0 + 1) = 0,3818

Cevap

I = 0,3818
8.İntegraller

Cevap: I = 37,59

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

12,18·(3,25) − 1·2 = 37,59

Cevap

I = 37,59
9.Çok değişkenli analiz

Cevap: dz/dt = −4874

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.

Nokta ve hızlar

x(2) = −4, y(2) = 7
dx/dt = −1, dy/dt = 4t = 8

Kısmi türevler

fx = 8xy − 12x² − 2y = −430
fy = 4x² − 15y² − 2x = −663

Zincir kuralı

dz/dt = (−430)·(−1) + (−663)·8 = −4874

Cevap

dz/dt = −4874
10.Çok değişkenli analiz

Cevap: I = 0,7854

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).

Kutupsal biçim

I = ∫0π ∫01 r²·r dr dθ

İntegral alın

∫ r²·r dr = [r⁴/4]
I = 0,7854

Cevap

I = 0,7854
11.Diziler ve seriler

Cevap: L = 0,5437

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.

Ardışık terimlerin oranı

|ak+1/ak| = (1 + 1/k)ᵏ/5 → e/5

Sonuç

L = 0,5437 < 1

Cevap

L = 0,5437

L < 1; bu yüzden seri yakınsar.

12.Diziler ve seriler

Cevap: c₄ = 0,005639

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.

Türev f⁽⁴⁾

f⁽⁴⁾(x) = (−1)⁴·e−x

Katsayı

c₄ = (−1)⁴·e−2/4! = 0,005639
c₄ = 0,005639

Cevap

c₄ = 0,005639
13.Laplace dönüşümleri

Cevap: A = 2,667

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).

Paydayı çarpanlarına ayırın

s² + 11s + 28 = (s + 4)(s + 7)
F(s) = A/(s + 4) + B/(s + 7)

Kapatma kuralı

(s + 4) ile çarpın ve s = −4 koyun: B terimi yok olur.

A = (5s + 28)/(s + 7) |s = −4 = 8/3 = 2,667

Cevap

A = 2,667
(B = 2,333, dolayısıyla f(t) = 2,667·e−4t + 2,333·e−7t)
14.Laplace dönüşümleri

Cevap: y(0.4) = 2,544

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

Y(s) = 60/(s(s + 2)(s + 3))

Kısmi kesirler

A = 60/(2·3) = 10
B = 60/((−2)·1) = −30
C = 60/((−3)·(−1)) = 20

Çıkarılan

y(t) = 10 − 30·e−2t + 20·e−3t
y(0,4) = 2,544

Cevap

y(0,4) = 2,544
15.Evrişim ve LTI sistemler

Cevap: y(2) = 0,8779

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).

Darbenin sonundaki çıkış

y(0,5) = (10/1)(1 − e−0,5) = 3,935

Darbeden sonraki sönümlenme

y(2) = 3,935·e−1·1,5 = 0,8779

Cevap

y(2) = 0,8779
16.Evrişim ve LTI sistemler

Cevap: φ = −45 °

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.

Frekans yanıtı

H(jω) = 10/(20 + jω)

Giriş frekansındaki faz

φ = −atan(20/20) = −45°

Cevap

φ = −45°

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