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)54Ta​110 °C65 °C

Кувану сталеву деталь температурою 440 °C залишили остигати в цеху з температурою 29 °C. Через 54 min її температура становить 110 °C. Вона підпорядковується закону охолодження Ньютона, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Через який час від початку, t, вона досягне 65 °C?

T0 = 440 °CTa = 29 °CT(54) = 110 °CT = 65 °C
t = min
2.Диференціальні рівнянняСкладна
xy12(1, 5)y(2) = ?

Розв’яжіть задачу Коші y′ + y/x = 3 при x > 0, y(1) = 5. Знайдіть y(2).

y′ + y/x = 3y(1) = 5
y(2) =
3.Матриці та визначникиСередня
A =−2−2−53−11−2−4−3

Знайдіть визначник det A поданої матриці 3×3 A.

A = [−2 −2 −5; 3 −1 1; −2 −4 −3]
det A =
4.Матриці та визначникиСкладна
A =1−1−55

Знайдіть більше власне значення λ поданої матриці A.

A = [1 −1; −5 5]
λ =
5.Вектори: скалярний і векторний добуткиСередня
xyzab

Знайдіть значення k, за якого вектори a = (5, 1, −1) і b = (0, k, −4) перпендикулярні.

a = (5, 1, −1)b = (0, k, −4)
k =
6.Вектори: скалярний і векторний добуткиСкладна
xyzab

Для a = (−1, −4, −4) і b = (−2, −1, 2) знайдіть z-компоненту (a × b)z векторного добутку a × b.

a = (−1, −4, −4)b = (−2, −1, 2)
(a × b)z =
7.ІнтегралиСередня
xy03

Обчисліть I = ∫03 e−0,5x dx.

f(x) = e−0,5x[0, 3]
I =
8.ІнтегралиСкладна
xyy = 0,5x2​y = 3x

Знайдіть площу A області, обмеженої y = 0,5x2 і y = 3x.

y = 0,5x2y = 3x
A =
9.Диференціальне числення функцій багатьох зміннихСередня

z = ln(x² + 2y²), де x = −2t + 2 і y = t² + 2. Скористайтеся правилом ланцюга, щоб знайти dz/dt за t = 2.

z = ln(x² + 2y²)x = −2t + 2y = t² + 2t = 2
dz/dt =
10.Диференціальне числення функцій багатьох зміннихСкладна
xy−202−2−101AB

Позначені точки — критичні точки f(x, y) = −x³ + 3x − y² − 2y. Клікніть локальний максимум.

f(x, y) = −x³ + 3x − y² − 2y
  1. 1A (−1, −1)
  2. 2B (1, −1)
11.Послідовності та рядиСередня
kSn​12345678910S = ?

Знайдіть суму S = Σk=1∞ 4/(k(k + 3)).

ak = 4/(k(k + 3))
S =
12.Послідовності та рядиСкладна

Впізнайте ряд і знайдіть його суму: S = Σk=1∞ (−1)k+1/k.

ak = (−1)k+1/k
S =
13.Перетворення ЛапласаСередня
t (s)f(t)t = 0,2f(0,2) = ?

Знайдіть f(t) для F(s) = (5s + 5)/(s² + 8s + 16) і обчисліть f(0,2).

F(s) = (5s + 5)/(s² + 8s + 16)t = 0,2 s
f(0.2) =
14.Перетворення ЛапласаСкладна
ReIm−1−2−3−4−51

Систему описано диференціальним рівнянням y″ + 9y′ + 20y = 4u′ + 20u із входом u(t) і виходом y(t). Знайдіть її передатну функцію G(s) = Y(s)/U(s) (нульові початкові умови) і обчисліть імпульсну характеристику g(t) при t = 0,1 s. Знайдіть g(0,1).

y″ + 9y′ + 20y = 4u′ + 20ut = 0,1 s
g(0.1) =
15.Згортка та лінійні стаціонарні системиСередня
x(t)t410h(t)t13

Імпульс x(t) = 10 при 0 ≤ t < 4 s згортають із h(t) — трикутником, що лінійно спадає від 3 при t = 0 до 0 при t = 1 s. Знайдіть площу Ay під y(t) = x(t) ∗ h(t).

x(t) = 10, 0 ≤ t < 4 sh(0) = 3, h(1) = 0
Ay =
16.Згортка та лінійні стаціонарні системиСкладна
5cos(3t)h(t) = 2e−2t​u(t)y(t)

Вхід x(t) = 5·cos(3t) подано на систему з h(t) = 2·e−2tu(t). Знайдіть амплітуду Ym усталеного виходу.

h(t) = 2e−2tu(t)x(t) = 5cos(3t)
Ym =

3Розчини

1.Диференціальні рівняння

Відповідь: t = 80,96 min

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.

Стала охолодження

k = ln(411/81)/54 = 0,03008 min⁻¹

Час до досягнення цільової температури

t = ln(411/36)/0,03008 = 80,96 min

Відповідь

t = 80,96 min
2.Диференціальні рівняння

Відповідь: y(2) = 4,75

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∫1/x dx = x1

Інтегруйте

(x1y)′ = 3x → x1y = 3x2/2 + C

Початкова умова

5 = 3/2 + C → C = 3,5

Обчисліть

y(2) = (3·22/2 + 3,5)/21 = 4,75

Відповідь

y(2) = 4,75
3.Матриці та визначники

Відповідь: det A = 42

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.

Мінори 2×2 першого рядка

M₁₁ = 7, M₁₂ = −7, M₁₃ = −14

Розклад за рядком

det A = (−2)·7 − (−2)·(−7) + (−5)·(−14) = 42

Відповідь

det A = 42
4.Матриці та визначники

Відповідь: λ = 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.

Характеристичне рівняння

λ² − (6)λ + (0) = 0

Розв’яжіть

λ = (6 ± √(36))/2 → λ = 0, 6
λ = 6

Відповідь

λ = 6
5.Вектори: скалярний і векторний добутки

Відповідь: k = −4

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.

Скалярний добуток дорівнює нулю

a·b = 5·0 + 1·k + (−1)·(−4) = 0
4 + 1·k = 0

Розв’яжіть щодо k

k = −4/1 = −4

Відповідь

k = −4
6.Вектори: скалярний і векторний добутки

Відповідь: (a × b)z = −7

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.

Векторний добуток покомпонентно

(a × b)x = aybz − azby = (−4)·2 − (−4)·(−1) = −12
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·(−2) − (−1)·2 = 10
(a × b)z = axby − aybx = (−1)·(−1) − (−4)·(−2) = −7

Потрібна компонента

(a × b)z = −7

Відповідь

(a × b)z = −7

Перевірка: a × b перпендикулярний до обох векторів, тож його скалярний добуток з a і з b дорівнює нулю.

7.Інтеграли

Відповідь: I = 1,554

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.

Первісна

F(x) = e−0,5x/(−0,5)

Підставте межі

I = (e−1,5 − 1)/(−0,5) = (0,2231 − 1)/(−0,5) = 1,554

Відповідь

I = 1,554
8.Інтеграли

Відповідь: A = 18

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.

Точки перетину

0,5x2 = 3x → x = 0, x = 6

Інтегруйте верхню мінус нижню

A = [1,5x2 − 0,1667x3]06 = 18

Відповідь

A = 18
9.Диференціальне числення функцій багатьох змінних

Відповідь: dz/dt = 1,368

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.

Точка і швидкості

x(2) = −2, y(2) = 6
dx/dt = −2, dy/dt = 2t = 4

Частинні похідні

fx = 2x/(x² + 2y²) = −0,05263
fy = 4y/(x² + 2y²) = 0,3158

Ланцюгове правило

dz/dt = (−0,05263)·(−2) + 0,3158·4 = 1,368

Відповідь

dz/dt = 1,368
10.Диференціальне числення функцій багатьох змінних

Відповідь: B (1, −1)

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).

Критичні точки

Розв’яжіть fx = 0 і fy = 0 разом.

fx = −(3x² − 3) = 0
fy = −(2y + 2) = 0
(1, −1), (−1, −1)

Тест другої похідної

(1, −1): fxx = −6, fyy = −2, fxy = 0, D = 12 → локальний максимум
(−1, −1): fxx = 6, fyy = −2, fxy = 0, D = −12 → сідлова точка

Точка

B (1, −1): локальний максимум

Відповідь

B (1, −1)
11.Послідовності та ряди

Відповідь: S = 2,444

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.

Простіші дроби

4/(k(k + 3)) = (4/3)·(1/k − 1/(k + 3))

Скасувати

S = (4/3)·(1 + 1/2 + 1/3) = 2,444

Відповідь

S = 2,444
12.Послідовності та ряди

Відповідь: S = 0,6931

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.

Стандартні ряди

Σ (−1)k+1xᵏ/k = ln(1 + x)

Підставте

x = 1
S = ln 2 = 0,6931

Відповідь

S = 0,6931
13.Перетворення Лапласа

Відповідь: f(0.2) = 0,8987

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 + 8s + 16 = (s + 4)²

Простіші дроби

5s + 5 = 5(s + 4) + −15
F(s) = 5/(s + 4) − 15/(s + 4)²

Обернене перетворення

f(t) = 5·e−4t − 15·t·e−4t
f(0,2) = (5 − 15·0,2)·e−4·0,2 = 0,8987

Відповідь

f(0,2) = 0,8987
14.Перетворення Лапласа

Відповідь: g(0.1) = 2,681

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).

Передатна функція

G(s) = Y(s)/U(s) = (4s + 20)/(s² + 9s + 20)

Простіші дроби

s² + 9s + 20 = (s + 4)(s + 5)
A = 4, B = 0

Імпульсна характеристика

g(t) = 4·e−4t
g(0,1) = 2,681

Відповідь

g(0,1) = 2,681
15.Згортка та лінійні стаціонарні системи

Відповідь: Ay = 60

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).

Площі входів

∫x dt = 10·4 = 40
∫h dt = ½·1·3 = 1,5

Площа виходу

Ay = 40·1,5 = 60

Відповідь

Ay = 60
16.Згортка та лінійні стаціонарні системи

Відповідь: Ym = 2,774

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) = 2/(2 + jω)

Коефіцієнт підсилення на частоті входу

|H(j3)| = 2/√(2² + 3²) = 0,5547
Ym = 5·0,5547 = 2,774

Відповідь

Ym = 2,774

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