Інженерна математика 2: шпаргалка-підсумок

Аркуші з формулами, ключові кроки методів для кожної теми та 16 задач для практики, з повними розв’язками наприкінці.

Нові задачіНазад до курсу

У вікні друку виберіть «Зберегти як PDF», щоб зберегти копію на пристрої.

1Формули та методи

Диференціальні рівняння

Експоненціальне зростання/спадання
dy/dt = ky → y = y0ekt
Період напіврозпаду
k = ln 2 / t½
Закон охолодження Ньютона
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Інтегрувальний множник
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Бак змішування
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Матриці та визначники

визначник 2×2
det = ad − bc
Обернена матриця 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Продукт
(AB)ij = Σk AikBkj
Власні значення
det(A − λI) = 0
Правило Крамера
xi = det(Ai)/det(A)

Вектори: скалярний і векторний добутки

Модуль
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Одиничний вектор
û = a/|a|
Компоненти за кутом
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Скалярний добуток
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Скалярна проєкція a на b
a·b/|b|
Робота
W = F·d
Векторний добуток
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Площі
паралелограм |a × b|, трикутник ½|a × b|
Момент відносно O
MO = r × F, r = A − O
Об’єм паралелепіпеда
V = |a·(b × c)|

Метод

  1. Запишіть кожен вектор у компонентах; для сили, заданої модулем і кутом, використовуйте F·cos θ і F·sin θ.
  2. Для довжин і напрямів використовуйте модуль √(x² + y² + z²) та одиничний вектор a/|a|.
  3. Скалярний добуток використовуйте для кутів, проєкцій, перпендикулярності й роботи: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Векторний добуток використовуйте для перпендикулярних векторів, площ і моментів: акуратно запишіть три компоненти, зберігаючи порядок a × b.

Інтеграли

Похідна степеня
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Визначений інтеграл
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Основні інтеграли
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Площа між кривими
∫ab (f − g) dx

Метод

  1. Якщо можливо, перепишіть підінтегральну функцію як суму простих доданків.
  2. Застосуйте степеневе правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), і табличні інтеграли для ex, 1/x, sin і cos.
  3. Використовуйте підстановку, коли бачите функцію разом з її похідною.
  4. Для визначеного інтеграла обчисліть F(b) − F(a).

Диференціальне числення функцій багатьох змінних

Частинні похідні
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Градієнт
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Похідна за напрямом
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Дотична площина
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Ланцюгове правило
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Тест другої похідної
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Подвійний інтеграл
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Полярні координати
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Метод

  1. Для частинної похідної трактуйте іншу змінну як сталу й користуйтеся правилами для однієї змінної.
  2. Для задач про градієнт обчисліть ∇f = (fx, fy) у точці; використовуйте |∇f| для найкрутішого нахилу та ∇f·u з одиничним вектором u для похідної за напрямом.
  3. Для екстремумів розв’яжіть fx = 0 і fy = 0 разом, а потім класифікуйте кожну точку за D = fxx·fyy − fxy².
  4. Для подвійного інтеграла накресліть область, оберіть порядок (або полярні координати для кругів), щоб внутрішні межі були обмежувальними кривими, і спершу інтегруйте всередині.

Послідовності та ряди

Арифметична послідовність
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Геометрична послідовність
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Нескінченний геометричний ряд
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p-ряд
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Ознака Даламбера
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Радіус збіжності
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 + …
Оцінка похибки Лагранжа
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Метод

  1. Визначте тип: арифметична (стала різниця), геометрична (сталий знаменник), стандартний ряд, степеневий ряд чи многочлен Тейлора.
  2. Для сум користуйтеся Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r) або S = a₁/(1 − r) за |r| < 1, де a₁ — перший член суми.
  3. Для збіжності: спершу ознака n-го члена, потім порівняння з Σ1/kᵖ або геометричним рядом, а ознаку Даламбера чи Коші використовуйте для факторіалів і k-х степенів.
  4. Для многочленів Тейлора випишіть f(a), f′(a), f″(a), …, поділіть k-ту похідну на k! і оцініть похибку за M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Згортка та лінійні стаціонарні системи

Дискретна згортка
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Неперервна згортка
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Довжина й сума
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Початок, кінець і площа
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Східчастий сигнал на вході e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Система першого порядку
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Рекурсія першого порядку
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Синусоїда крізь h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Амплітуди ряду Фур’є
прямокутна ±A: 4A/(kπ), непарні k; трикутна ±A: 8A/(π²k²), непарні k; послідовність імпульсів: A·D і (2A/(kπ))|sin kπD|

Метод

  1. Накресліть обидва сигнали й позначте, де кожен з них ненульовий.
  2. Віддзеркаліть h і зсувайте її: для кожного моменту виходу знайдіть діапазон, де обидва сигнали перекриваються.
  3. Перемножуйте й додавайте (дискретно) або перемножуйте й інтегруйте (неперервно) лише на цьому перекритті.
  4. Перевірте результат: вихід починається в суму моментів початку, закінчується в суму моментів завершення, а його площа чи сума дорівнює добутку площ чи сум входів.

2Задачі для практики

1.Диференціальні рівнянняСередня
t (min)T (°C)27Ta​30 °C

Чашку кави температурою 94 °C залишили в кімнаті з температурою 19 °C. Через 27 min її температура становить 30 °C. Вона підпорядковується закону охолодження Ньютона, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Знайдіть сталу k в min⁻¹.

T0 = 94 °CTa = 19 °CT(27) = 30 °C
k = min⁻¹
2.Диференціальні рівнянняСкладна
xy13(1, 1)y(3) = ?

Розв’яжіть задачу Коші y′ + 2y/x = x2 при x > 0, y(1) = 1. Знайдіть y(3).

y′ + 2y/x = x2y(1) = 1
y(3) =
3.Матриці та визначникиСередня
A =−4−242B =1555

Нехай C = AB для поданих матриць. Знайдіть елемент c12 (рядок 1, стовпець 2).

A = [−4 −2; 4 2]B = [1 5; 5 5]
c12 =
4.Матриці та визначникиСкладна
A =−2−1−1−2b =−66

Розв'яжіть систему −2x − y = −6 і −x − 2y = 6. Знайдіть x.

−2x − y = −6−x − 2y = 6
x =
5.Вектори: скалярний і векторний добуткиСередня
xyzdFAB

Стала сила F = (10, −10, −10) N діє на тіло, яке рухається по прямій від точки A(−4, 2, −3) до точки B(−3, −1, −3). Координати подано в метрах. Знайдіть роботу W, виконану силою.

F = (10, −10, −10) NA(−4, 2, −3) mB(−3, −1, −3) m
W = J
6.Вектори: скалярний і векторний добуткиСкладна
xyzrFOA

Сила F = (−30, 10, −30) N діє в точці A(4, 0, −4). Координати подано в метрах. Знайдіть z-компоненту Mz моменту сили відносно точка O(0, −2, −3).

F = (−30, 10, −30) NA(4, 0, −4) mO(0, −2, −3) m
Mz = N·m
7.ІнтегралиСередня
xy02

Обчисліть I = ∫02 2x·(x² + 1)3 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 2]
I =
8.ІнтегралиСкладна
xy1,5y = x²eˣ

Обчисліть I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.

∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
9.Диференціальне числення функцій багатьох зміннихСередня
xy−12∇fP

Для f(x, y) = 4x²y − 3x² − 2y³ − 2xy знайдіть максимальну швидкість зміни f у точці (−1, 2), тобто |∇f|.

f(x, y) = 4x²y − 3x² − 2y³ − 2xyP = (−1, 2)
|∇f| =
10.Диференціальне числення функцій багатьох зміннихСкладна
xyx = 2y = 3x26

Обчисліть I = ∬T (4x + y) dA по трикутнику T, обмеженому y = 0, x = 2 і y = 3x.

f = 4x + y0 ≤ x ≤ 20 ≤ y ≤ 3x
I =
11.Послідовності та рядиСередня
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Застосуйте ознаку Даламбера до Σk=1∞ k!/kᵏ. Знайдіть L = lim |ak+1/ak|.

ak = k!/kᵏ
L =
12.Послідовності та рядиСкладна

Функцію f(x) = eˣ наближено многочленом Маклорена степеня 4 у точці x = 0,5. Скористайтеся оцінкою похибки Лагранжа M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! з M = e0,5 = 1,649, щоб знайти найбільшу можливу похибку |R₄|.

f(x) = eˣn = 4x = 0,5M = 1,649
|R₄| =
13.Перетворення ЛапласаСередня
t (s)f(t)t = 0,25f(0,25) = ?

Знайдіть f(t) для F(s) = (4s + 27)/(s² + 4s + 4) і обчисліть f(0,25).

F(s) = (4s + 27)/(s² + 4s + 4)t = 0,25 s
f(0.25) =
14.Перетворення ЛапласаСкладна
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Система підпорядковується рівнянню y″ + 8y′ + 15y = 37,5·u(t). Вона починає зі спокою (y(0) = 0, y′(0) = 0), а вхід — сходинка u(t) = 1 при t ≥ 0. За допомогою перетворення Лапласа знайдіть вихід y(0,1).

y″ + 8y′ + 15y = 37,5·u(t)u(t) = 1y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,1 s
y(0.1) =
15.Згортка та лінійні стаціонарні системиСередня
x(t)t4h(t)t1

Вхід x(t) = 4·e−1tu(t) подано на систему з h(t) = e−2tu(t). Знайдіть вихід y(0,5) при t = 0,5 s.

x(t) = 4·e−1tu(t)h(t) = e−2tu(t)t = 0,5 s
y(0.5) =
16.Згортка та лінійні стаціонарні системиСкладна
2cos(2t)h(t) = 10e−2t​u(t)y(t)

Вхід x(t) = 2·cos(2t) подано на систему з h(t) = 10·e−2tu(t). Знайдіть фазу φ усталеного виходу відносно входу, у градусах.

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

3Розчини

1.Диференціальні рівняння

Відповідь: k = 0,0711 min⁻¹

Диференціальні рівняння першого порядку: dy/dt = k·y має розв’язок y = y₀·ekt (зростання при k > 0, спадання при k < 0); період напіврозпаду T дає k = ln 2/T. Закон охолодження Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) дає T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Лінійне рівняння y′ + p(x)·y = q(x) розв’язують з інтегрувальним множником μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, тож μy = ∫μq dx + C.

Відношення різниць температур

e−27k = 11/75

Розв’яжіть щодо k

k = ln(75/11)/27 = 0,0711 min⁻¹

Відповідь

k = 0,0711 min⁻¹
2.Диференціальні рівняння

Відповідь: y(3) = 5,489

Диференціальні рівняння першого порядку: dy/dt = k·y має розв’язок y = y₀·ekt (зростання при k > 0, спадання при k < 0); період напіврозпаду T дає k = ln 2/T. Закон охолодження Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) дає T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Лінійне рівняння y′ + p(x)·y = q(x) розв’язують з інтегрувальним множником μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, тож μy = ∫μq dx + C.

Інтегрувальний множник

μ = e∫2/x dx = x2

Інтегруйте

(x2y)′ = x4 → x2y = 1x5/5 + C

Початкова умова

1 = 1/5 + C → C = 0,8

Обчисліть

y(3) = (1·35/5 + 0,8)/32 = 5,489

Відповідь

y(3) = 5,489
3.Матриці та визначники

Відповідь: c12 = −30

Матриці: визначник матриці 2×2 дорівнює ad − bc. Для 3×3 розкладіть за рядком: кожен елемент множиться на визначник матриці 2×2, що залишається після викреслення його рядка і стовпця, зі знаками, що чергуються: + − +. Власні значення λ задовольняють det(A − λI) = 0; для 2×2 це λ² − (слід)·λ + det = 0.

Рядок на стовпець

c12 = (−4)·5 + (−2)·5 = −30

Відповідь

c12 = −30
4.Матриці та визначники

Відповідь: x = 6

Матриці: визначник матриці 2×2 дорівнює ad − bc. Для 3×3 розкладіть за рядком: кожен елемент множиться на визначник матриці 2×2, що залишається після викреслення його рядка і стовпця, зі знаками, що чергуються: + − +. Власні значення λ задовольняють det(A − λI) = 0; для 2×2 це λ² − (слід)·λ + det = 0.

Визначник матриці коефіцієнтів

det A = (−2)·(−2) − (−1)·(−1) = 3

Замініть стовпець x

det Aₓ = (−6)·(−2) − (−1)·6 = 18
x = 18/3 = 6

Відповідь

x = 6
y = −6
5.Вектори: скалярний і векторний добутки

Відповідь: W = 40 J

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.

Переміщення

d = B − A = (−3, −1, −3) − (−4, 2, −3) = (1, −3, 0) m

Робота

W = F·d = 10·1 + (−10)·(−3) + (−10)·0 = 40 J

Відповідь

W = 40 J
6.Вектори: скалярний і векторний добутки

Відповідь: Mz = 100 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.

Радіус-вектор від O до A

r = A − O = (4, 0, −4) − (0, −2, −3) = (4, 2, −1) m

Момент M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 2·(−30) − (−1)·10 = −50 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−1)·(−30) − 4·(−30) = 150 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = 4·10 − 2·(−30) = 100 N·m

Потрібна компонента

Mz = 100 N·m

Відповідь

Mz = 100 N·m
7.Інтеграли

Відповідь: I = 156

Визначені інтеграли: ∫ₐᵇ f(x) dx — це площа зі знаком між графіком і віссю x від a до b. Знайдіть первісну F (F′ = f) і обчисліть F(b) − F(a). Степеневе правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площа між двома кривими — це ∫(верхня − нижня) dx.

Заміна змінної

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u3 du

Проінтегруйте й підставте межі

I = [u4/4]15 = (625 − 1)/4 = 156

Відповідь

I = 156
8.Інтеграли

Відповідь: I = 3,602

Інтегрування частинами: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, з правила добутку. Оберіть за u множник, що спрощується після диференціювання (степінь x або ln x), а за dv — множник, який можна проінтегрувати (eˣ, sin x, cos x або x, коли u = ln x). Для визначеного інтеграла обчисліть u·v на обох межах: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Множник x² потребує двох кіл.

Перший крок

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Другий крок

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

Границі

4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602

Відповідь

I = 3,602
9.Диференціальне числення функцій багатьох змінних

Відповідь: |∇f| = 22,8

Градієнт: ∇f = (fx, fy) вказує напрямок найшвидшого зростання, а |∇f| — найбільша швидкість зміни. Похідна за напрямом v дорівнює Duf = ∇f·u з одиничним вектором u = v/|v|. Дотична площина в точці (a, b): z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); вона дає лінійне наближення f поблизу цієї точки. Правило ланцюга: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Частинні похідні

fx = 8xy − 6x − 2y → fx(−1, 2) = −14
fy = 4x² − 6y² − 2x → fy(−1, 2) = −18

Довжина градієнта

|∇f| = √((−14)² + (−18)²) = 22,8

Відповідь

|∇f| = 22,8
10.Диференціальне числення функцій багатьох змінних

Відповідь: I = 44

Критичні точки та подвійні інтеграли: критична точка має fx = fy = 0. Тест другої похідної з D = fxxfyy − fxy²: D > 0 і fxx > 0 — локальний мінімум, D > 0 і fxx < 0 — локальний максимум, D < 0 — сідлова точка, а D = 0 нічого не вирішує. Для подвійного інтеграла по довільній області нехай внутрішні межі будуть кривими, що обмежують область; для кругів і секторів використовуйте полярні координати, x = r cos θ, y = r sin θ і dA = r dr dθ (не забудьте множник r).

Границі

0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 3x

Внутрішній інтеграл

∫03x (4x + y) dy = 4x·3x + (3x)²/2 = 16,5x²

Зовнішній інтеграл

I = 16,5·2³/3 = 44

Відповідь

I = 44
11.Послідовності та ряди

Відповідь: L = 0,3679

Збіжність: якщо члени не прямують до 0, ряд розбігається (необхідна умова збіжності, ознака n-го члена). Σ1/kᵖ збігається лише за p > 1, а Σrᵏ лише за |r| < 1. Порівнюйте ряд з одним із них, коли його члени для великих k поводяться як вони. Ознака Даламбера: L = lim |ak+1/ak|; ознака Коші: L = lim |ak|1/k. L < 1 — збігається, L > 1 — розбігається, L = 1 нічого не вирішує. Степеневий ряд Σck(x − x₀)ᵏ збігається для |x − x₀| < R, де R = lim |ck/ck+1|; знакозмінний ряд із членами, що спадають до 0, збігається.

Відношення сусідніх членів

|ak+1/ak| = (k/(k + 1))ᵏ = (1 + 1/k)ᵏ → 1/e

Висновок

L = 0,3679 < 1

Відповідь

L = 0,3679

L < 1, тож ряд збігається.

12.Послідовності та ряди

Відповідь: |R₄| = 0,0004294

Многочлени Тейлора: поблизу x = a гладка функція наближається многочленом Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; для a = 0 це многочлен Маклорена. Стандартні ряди: 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. Оцінка похибки Лагранжа: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, де M — найбільше значення |f⁽ⁿ⁺¹⁾| між a і x.

Оцінка похідної

M = e0,5 = 1,649

Оцінка Лагранжа

|R₄| ≤ 1,649·0,5⁵/5! = 0,0004294

Відповідь

|R₄| = 0,0004294

Справжня похибка менша: |f(0,5) − P₄(0,5)| = 0,0002838.

13.Перетворення Лапласа

Відповідь: f(0.25) = 5,307

Перетворення Лапласа: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt перетворює похідні на множення на s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Стандартні пари: 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 зсув s → s + σ множить оригінал на e−σt. Щоб знайти оригінал раціональної F(s), розкладіть її на простіші дроби: коефіцієнт простого полюса p дорівнює A = [(s − p)·F(s)] при s = p. Теорема про кінцеве значення: f(∞) = lims→0 s·F(s), справедлива лише тоді, коли всі полюси s·F(s) лежать у лівій півплощині. Теорема про початкове значення: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Розкладіть знаменник на множники

s² + 4s + 4 = (s + 2)²

Простіші дроби

4s + 27 = 4(s + 2) + 19
F(s) = 4/(s + 2) + 19/(s + 2)²

Обернене перетворення

f(t) = 4·e−2t + 19·t·e−2t
f(0,25) = (4 + 19·0,25)·e−2·0,25 = 5,307

Відповідь

f(0,25) = 5,307
14.Перетворення Лапласа

Відповідь: y(0.1) = 0,1444

Перетворення Лапласа: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt перетворює похідні на множення на s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Стандартні пари: 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 зсув s → s + σ множить оригінал на e−σt. Щоб знайти оригінал раціональної F(s), розкладіть її на простіші дроби: коефіцієнт простого полюса p дорівнює A = [(s − p)·F(s)] при s = p. Теорема про кінцеве значення: f(∞) = lims→0 s·F(s), справедлива лише тоді, коли всі полюси s·F(s) лежать у лівій півплощині. Теорема про початкове значення: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Перетворіть рівняння

Y(s) = 37,5/(s(s + 3)(s + 5))

Простіші дроби

A = 37,5/(3·5) = 2,5
B = 37,5/((−3)·2) = −6,25
C = 37,5/((−5)·(−2)) = 3,75

Виведення

y(t) = 2,5 − 6,25·e−3t + 3,75·e−5t
y(0,1) = 0,1444

Відповідь

y(0,1) = 0,1444
15.Згортка та лінійні стаціонарні системи

Відповідь: y(0.5) = 0,9546

Неперервна згортка: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Відобразіть h дзеркально, посуньте її в положення t та проінтегруйте добуток частин, що перекриваються. Для причинних сигналів інтеграл береться від 0 до t. Корисні результати: площа y дорівнює площі x, помноженій на площу h; якщо x триває від t₁ до t₂, а h — від t₃ до t₄, то y триває від t₁ + t₃ до t₂ + t₄. Для h(t) = e−atu(t) і східчастого сигналу висотою A маємо y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Інтеграл згортки

y(t) = 4e−2t∫₀ᵗ e−(1 − 2)τ dτ = 4(e−2t − e−1t)/(−1)

Обчисліть

y(0,5) = 4·(0,3679 − 0,6065)/(−1) = 0,9546

Відповідь

y(0,5) = 0,9546
16.Згортка та лінійні стаціонарні системи

Відповідь: φ = −45 °

Імпульсна характеристика та ряд Фур’є: імпульсна характеристика h(t) повністю описує лінійну стаціонарну систему: для y′ + a·y = b·x вона має вигляд h(t) = b·e−atu(t), а для y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] — h[n] = b·aⁿu[n]. Синусоїда cos ωt проходить із коефіцієнтом підсилення |H(jω)| і фазою ∠H(jω), де H — перетворення Фур’є функції h. Періодичний сигнал є сумою гармонік на частотах k/T: прямокутна хвиля ±A має лише непарні гармоніки з амплітудами 4A/(kπ), трикутна хвиля з піком A має 8A/(π²k²), а послідовність імпульсів висотою A з коефіцієнтом заповнення D має середнє значення A·D і гармоніки (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.

Частотна характеристика

H(jω) = 10/(2 + jω)

Фаза на частоті входу

φ = −atan(2/2) = −45°

Відповідь

φ = −45°

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