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(0,5) = ?

y″ + 8y′ + 15y = 0 denklemini y(0) = 2 ve y′(0) = -4 ile çözün. y(0,5) değerini bulun.

y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 2y′(0) = -4
y(0.5) =
2.Diferansiyel denklemlerZor
tyK = 10ymax​ = ?

Bir sistem t ≥ 0 için y″ + 2y′ + 26y = 260 denklemine uyuyor ve durgun halden başlıyor: y(0) = 0, y′(0) = 0. Basamak tepkisinin tepe değerini ymax bulun.

y″ + 2y′ + 26y = 260y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.Matrisler ve determinantlarOrta
A =55−1−22343−4

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

A = [5 5 −1; −2 2 3; 4 3 −4]
det A =
4.Matrisler ve determinantlarZor
A =−3−6−36b =−79

−3x − 6y = −7 ve −3x + 6y = 9 sistemini çözün. x'yi bulun.

−3x − 6y = −7−3x + 6y = 9
x =
5.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımOrta
xyzab

a = (−6, −1, −6) ve b = (−3, −2, 1) vektörleri arasındaki θ açısını derece cinsinden bulun.

a = (−6, −1, −6)b = (−3, −2, 1)
θ = °
6.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımZor
xyzABC

Köşeleri A(−1, −3, −2), B(4, −1, −1) ve C(−4, 0, −2) olan üçgenin alanını A bulun. Koordinatlar metre cinsindendir.

A(−1, −3, −2)B(4, −1, −1)C(−4, 0, −2)
A = m²
7.İntegrallerOrta
xy03

I = ∫03 e0,5x dx'i hesaplayın.

f(x) = e0,5x[0, 3]
I =
8.İntegrallerZor
xy0,5y = x²eˣ

I = ∫₀0,5 x²·eˣ dx değerini hesaplayın.

∫₀0,5 x²eˣ dx
I =
9.Çok değişkenli analizOrta
xy−2−1P

z = −xy + y³ yüzeyine (x, y) = (−2, −1) noktasındaki teğet düzlem z = px + qy + c olarak yazılabilir. c değerini bulun.

f(x, y) = −xy + y³(a, b) = (−2, −1)
c =
10.Çok değişkenli analizZor
xy−20202(2, 2)(−2, 2)

f(x, y) = −x³ + 12x − y² + 4y fonksiyonunun kritik noktalarını bulun, sınıflandırın ve yerel maksimumundaki f değerini, fmax, verin.

f(x, y) = −x³ + 12x − y² + 4y
fmax =
11.Diziler ve serilerOrta
AΣ (3/2)ᵏk = 1 … ∞BΣ ln k / kk = 1 … ∞CΣ 2/k³k = 1 … ∞DΣ k!/10ᵏk = 1 … ∞

Dört serinin tam biri yakınsar. Ona tıklayın.

A: Σ (3/2)ᵏB: Σ ln k / kC: Σ 2/k³D: Σ k!/10ᵏ
  1. 1A: Σ (3/2)ᵏ
  2. 2B: Σ ln k / k
  3. 3C: Σ 2/k³
  4. 4D: Σ k!/10ᵏ
12.Diziler ve serilerZor

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

ak = (−1)ᵏ/k!
S =
13.Laplace dönüşümleriOrta
t (s)f(t)t = 1f(1) = ?

F(s) = (4s + 30)/(s² + 4s + 4) için f(t)’yi bulun ve f(1) değerini hesaplayın.

F(s) = (4s + 30)/(s² + 4s + 4)t = 1 s
f(1) =
14.Laplace dönüşümleriZor
t (s)y(t)t = 0,5y(0,5) = ?

Bir sistem y″ + 7y′ + 6y = 6·u(t) denklemine uyuyor; y(0) = 1 ve y′(0) = 0’dır. t = 0 anında u(t) = 4 basamak girişi uygulanır. y(0,5) değerini Laplace dönüşümüyle bulun.

y″ + 7y′ + 6y = 6·u(t)y(0) = 1y′(0) = 0u(t) = 4t = 0,5 s
y(0.5) =
15.Evrişim ve LTI sistemlerOrta
x(t)t13h(t)t42

x(t) = 3 (0 ≤ t < 1 s için, başka yerde sıfır) darbesi, h(t) = 2 (0 ≤ t < 4 s için, başka yerde sıfır) darbe yanıtına sahip bir sisteme uygulanıyor. t = 4.5 s anında çıkışı (y(4,5)) bulun.

x(t) = 3, 0 ≤ t < 1 sh(t) = 2, 0 ≤ t < 4 st = 4,5 s
y(4.5) =
16.Evrişim ve LTI sistemlerZor
x(t)t (ms)1020404−4

Bir üçgen dalga, T = 20 ms periyotla −4 ile +4 arasında doğrusal olarak yükselir ve alçalır. 50 Hz’deki Fourier bileşeninin genliğini (c1) bulun.

±4T = 20 msf = 50 Hz
c1 =

3Çözeltiler

1.Diferansiyel denklemler

Cevap: y(0.5) = 0,5873

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.

Karakteristik kökler

(r + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5

Başlangıç değerlerinden sabitler

A + B = 2, −3A − 5B = -4
A = 3, B = −1

Hesaplayın

y(0,5) = 3·e−1,5 + (−1)·e−2,5 = 0,5873

Cevap

y(0,5) = 0,5873
2.Diferansiyel denklemler

Cevap: ymax = 15,33

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.

Sürekli değer ve kökler

yss = 10, r = −1 ± 5j

Başlangıç değerlerinden sabitler

y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −1A + 5B = 0 → B = −2

Tepe

t = π/5 = 0,6283
ymax = 10·(1 + e−1·π/5) = 15,33

Cevap

ymax = 15,33
3.Matrisler ve determinantlar

Cevap: det A = −51

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 = −17, M₁₂ = −4, M₁₃ = −14

Kofaktör açılımı

det A = 5·(−17) − 5·(−4) + (−1)·(−14) = −51

Cevap

det A = −51
4.Matrisler ve determinantlar

Cevap: x = −0,3333

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 = (−3)·6 − (−6)·(−3) = −36

x sütununu değiştirin

det Aₓ = (−7)·6 − (−6)·9 = 12
x = 12/(−36) = −0,3333

Cevap

x = −0,3333
y = 1,333
5.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: θ = 64,03 °

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 = (−6)·(−3) + (−1)·(−2) + (−6)·1 = 14

Büyüklükler

|a| = √((−6)² + (−1)² + (−6)²) = 8,544
|b| = √((−3)² + (−2)² + 1²) = 3,742

Açı

cos θ = 14/(8,544·3,742) = 0,4379
θ = arccos(0,4379) = 64,03°

Cevap

θ = 64,03°
6.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım

Cevap: A = 10,71 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.

Kenar vektörleri

AB = B − A = (5, 2, 1)
AC = C − A = (−3, 3, 0)

Vektörel çarpım

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 2·0 − 1·3 = −3
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 1·(−3) − 5·0 = −3
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 5·3 − 2·(−3) = 21
|AB × AC| = √((−3)² + (−3)² + 21²) = 21,42

Üçgenin alanı

A = ½·21,42 = 10,71 m²

Cevap

A = 10,71 m²
7.İntegraller

Cevap: I = 6,963

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) = e0,5x/0,5

Sınırları yerine koyun

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

Cevap

I = 6,963
8.İntegraller

Cevap: I = 0,0609

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

1,649·(1,25) − 1·2 = 0,0609

Cevap

I = 0,0609
9.Çok değişkenli analiz

Cevap: c = 4

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(−2, −1) = −3
fx = −y → fx(−2, −1) = 1
fy = −x + 3y² → fy(−2, −1) = 5

Teğet düzlem

z = −3 + 1(x + 2) + 5(y + 1)
z = x + 5y + 4

Sabit terim

c = 4

Cevap

c = 4
10.Çok değişkenli analiz

Cevap: fmax = 20

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 − 12) = 0
fy = −(2y − 4) = 0
(2, 2), (−2, 2)

İkinci türev testi

(2, 2): fxx = −12, fyy = −2, fxy = 0, D = 24 → yerel maksimum
(−2, 2): fxx = 12, fyy = −2, fxy = 0, D = −24 → eyer noktası

Ekstremumdaki değer

f(2, 2) = 20

Cevap

fmax = 20
11.Diziler ve seriler

Cevap: C: Σ 2/k³

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.

Her seriyi sınayın

A: Σ (3/2)ᵏ → r = 3/2 > 1 olan geometrik seri: terimler büyür; bu yüzden ıraksar.
B: Σ ln k / k → k ≥ 3 için 1/k’dan büyüktür: harmonik seriyle karşılaştırmayla ıraksar.
C: Σ 2/k³ → p = 3 > 1 olan p-serisi: yakınsar.
D: Σ k!/10ᵏ → Oran testi: L = lim (k + 1)/10 = ∞, ıraksar.

Cevap

C: Σ 2/k³

Cevap

C: Σ 2/k³
12.Diziler ve seriler

Cevap: S = 0,3679

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 xᵏ/k! = eˣ

Yerine koyun

x = −1
S = e−1 = 0,3679

Cevap

S = 0,3679
13.Laplace dönüşümleri

Cevap: f(1) = 3,519

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 + 4s + 4 = (s + 2)²

Kısmi kesirler

4s + 30 = 4(s + 2) + 22
F(s) = 4/(s + 2) + 22/(s + 2)²

Ters dönüşüm

f(t) = 4·e−2t + 22·t·e−2t
f(1) = (4 + 22·1)·e−2·1 = 3,519

Cevap

f(1) = 3,519
14.Laplace dönüşümleri

Cevap: y(0.5) = 1,846

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 + 7s + 6)·Y(s) = 1s + 7 + 24/s
Y(s) = (s² + 7s + 24)/(s(s + 1)(s + 6))

Kısmi kesirler

A = 24/(1·6) = 4
B = 18/((−1)·5) = −3,6
C = 18/((−6)·(−5)) = 0,6

Sonuç

y(t) = 4 − 3,6·e−t + 0,6·e−6t
y(0,5) = 1,846

Cevap

y(0,5) = 1,846

Kontrol: y(0) = A + B + C = 1.

15.Evrişim ve LTI sistemler

Cevap: y(4.5) = 3

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 ∈ [0,5, 1] → uzunluk 0,5 s

İntegral

y(4,5) = 3·2·0,5 = 3

Cevap

y(4,5) = 3

y(t) bir yamuktur: 0’dan yükselir, 6’da kalır ve t = 5 s anında 0’a geri iner.

16.Evrişim ve LTI sistemler

Cevap: c1 = 3,242

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.

Harmonik numarası

f₀ = 1/T = 50 Hz → k = 1

Genlik

c1 = 8·4/(π²·1²) = 3,242

Cevap

c1 = 3,242

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