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
tyy(0) = 3y(1,5) = ?

Розв’яжіть y″ + 2y′ + y = 0 при y(0) = 3 і y′(0) = -2. Знайдіть y(1,5).

y″ + 2y′ + y = 0y(0) = 3y′(0) = -2
y(1.5) =
2.Диференціальні рівнянняСкладна
t (min)m (kg)45 minm = ?

Бак містить 200 L чистої води. Розсіл із 0,1 kg солі на літр надходить зі швидкістю 4 L/min, а добре перемішаний розчин витікає з тією самою швидкістю. Скільки солі m буде в баку через 45 min?

V = 200 Lm0 = 0 kgc = 0,1 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
3.Матриці та визначникиСередня
A =−1−1−2−5B =−3−3−5−4

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

A = [−1 −1; −2 −5]B = [−3 −3; −5 −4]
c12 =
4.Матриці та визначникиСкладна
A =−5465b =129

Розв'яжіть систему −5x + 4y = 12 і 6x + 5y = 9. Знайдіть x.

−5x + 4y = 126x + 5y = 9
x =
5.Вектори: скалярний і векторний добуткиСередня
xyzab

Знайдіть значення k, за якого вектори a = (5, 1, 5) і b = (k, 2, 2) перпендикулярні.

a = (5, 1, 5)b = (k, 2, 2)
k =
6.Вектори: скалярний і векторний добуткиСкладна
xyzrFOA

Сила F = (0, −50, 10) N діє в точці A(−4, −3, −3). Координати подано в метрах. Знайдіть модуль |M| моменту сили відносно точка O(0, 1, 0).

F = (0, −50, 10) NA(−4, −3, −3) mO(0, 1, 0) m
|M| = N·m
7.ІнтегралиСередня
xy01

Обчисліть I = ∫01 e−x dx.

f(x) = e−x[0, 1]
I =
8.ІнтегралиСкладна
xyy = 2x2​y = 2x

Знайдіть площу A області, обмеженої y = 2x2 і y = 2x.

y = 2x2y = 2x
A =
9.Диференціальне числення функцій багатьох зміннихСередня
xy33P

Дотичну площину до z = −xy² + x³ − 2y³ + 4xy у точці, де (x, y) = (3, 3), можна записати як z = px + qy + c. Знайдіть c.

f(x, y) = −xy² + x³ − 2y³ + 4xy(a, b) = (3, 3)
c =
10.Диференціальне числення функцій багатьох зміннихСкладна
xyx = 1y = x11

Обчисліть I = ∬T (x + 4y) dA по трикутнику T, обмеженому y = 0, x = 1 і y = x.

f = x + 4y0 ≤ x ≤ 10 ≤ y ≤ x
I =
11.Послідовності та рядиСередня
kSn​12345678910

Знайдіть суму S = Σk=111 12/(k(k + 1)).

ak = 12/(k(k + 1))n = 11
S =
12.Послідовності та рядиСкладна

Знайдіть коефіцієнт c₄ при (x − 1)⁴ у ряді Тейлора функції f(x) = eˣ у точці a = 1.

f(x) = eˣa = 1k = 4
c₄ =
13.Перетворення ЛапласаСередня
t (s)f(t)t = 0,4f(0,4) = ?

Знайдіть f(t) для F(s) = 60/(s(s + 2)(s + 3)) розкладом на простіші дроби й обчисліть f(0,4).

F(s) = 60/(s(s + 2)(s + 3))t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Перетворення ЛапласаСкладна
t (s)y(t)t = 0,75y(0,75) = ?

Система підпорядковується рівнянню y″ + 5y′ + 4y = 8·u(t) при y(0) = 6 і y′(0) = 0. У момент t = 0 подають вхідну сходинку u(t) = 10. За допомогою перетворення Лапласа знайдіть y(0,75).

y″ + 5y′ + 4y = 8·u(t)y(0) = 6y′(0) = 0u(t) = 10t = 0,75 s
y(0.75) =
15.Згортка та лінійні стаціонарні системиСередня
x(t)t14h(t)t42

Імпульс x(t) = 4 при 0 ≤ t < 1 s згортають із h(t) — трикутником, що лінійно спадає від 2 при t = 0 до 0 при t = 4 s. Знайдіть площу Ay під y(t) = x(t) ∗ h(t).

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

Вхід x(t) = 5·cos(2t) подано на систему з h(t) = 2·e−2tu(t). Знайдіть фазу φ усталеного виходу відносно входу, у градусах.

h(t) = 2e−2tu(t)x(t) = 5cos(2t)
φ = °

3Розчини

1.Диференціальні рівняння

Відповідь: y(1.5) = 1,004

Лінійні рівняння другого порядку: для y″ + b·y′ + c·y = 0 шукайте y = ert: це дає характеристичне рівняння r² + b·r + c = 0. Два дійсні корені r₁ ≠ r₂ дають y = A·er₁t + B·er₂t (надкритичне демпфування); подвійний корінь r дає y = (A + Bt)·ert (критичне демпфування); комплексні корені −α ± jω дають y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (докритичне демпфування, коливання). Початкові значення y(0) і y′(0) визначають A і B. У вигляді y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 величина ωn — власна частота, а ζ — коефіцієнт демпфування: при ζ < 1 є коливання. При сталому вході y″ + by′ + cy = c·K розв’язок — усталене значення K плюс вільна складова.

Подвійний корінь

(r + 1)² = 0 → r = −1

Сталі

A = y(0) = 3
y′(0) = B − 1A → B = -2 + 3 = 1

Обчисліть

y(1,5) = (3 + 1·1,5)·e−1,5 = 1,004

Відповідь

y(1,5) = 1,004
2.Диференціальні рівняння

Відповідь: m = 11,87 kg

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.

Складіть рівняння

dm/dt = 4·0,1 − (4/200)·m = 0,4 − 0,02·m

Розв’яжіть

Інтегрувальний множник ert/V; розв’язок наближається до рівноважного c·V.

m(t) = 20 + (−20)·e−t/50

Підставте t

m(45) = 20 + (−20)·0,4066 = 11,87 kg

Відповідь

m = 11,87 kg
3.Матриці та визначники

Відповідь: c12 = 7

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 = (−1)·(−3) + (−1)·(−4) = 7

Відповідь

c12 = 7
4.Матриці та визначники

Відповідь: x = −0,4898

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 = (−5)·5 − 4·6 = −49

Замініть стовпець x

det Aₓ = 12·5 − 4·9 = 24
x = 24/(−49) = −0,4898

Відповідь

x = −0,4898
y = 2,388
5.Вектори: скалярний і векторний добутки

Відповідь: k = −2,4

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·k + 1·2 + 5·2 = 0
12 + 5·k = 0

Розв’яжіть щодо k

k = −12/5 = −2,4

Відповідь

k = −2,4
6.Вектори: скалярний і векторний добутки

Відповідь: |M| = 278,7 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, −3, −3) − (0, 1, 0) = (−4, −4, −3) m

Момент M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−4)·10 − (−3)·(−50) = −190 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−3)·0 − (−4)·10 = 40 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−4)·(−50) − (−4)·0 = 200 N·m

Модуль

|M| = √((−190)² + 40² + 200²) = 278,7 N·m

Відповідь

|M| = 278,7 N·m
7.Інтеграли

Відповідь: I = 0,6321

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−x/(−1)

Підставте межі

I = (e−1 − 1)/(−1) = (0,3679 − 1)/(−1) = 0,6321

Відповідь

I = 0,6321
8.Інтеграли

Відповідь: A = 0,3333

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

2x2 = 2x → x = 0, x = 1

Інтегруйте верхню мінус нижню

A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333

Відповідь

A = 0,3333
9.Диференціальне числення функцій багатьох змінних

Відповідь: c = 72

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.

Значення і нахили в точці

f(3, 3) = −18
fx = −y² + 3x² + 4y → fx(3, 3) = 30
fy = −2xy − 6y² + 4x → fy(3, 3) = −60

Дотична площина

z = −18 + 30(x − 3) − 60(y − 3)
z = 30x − 60y + 72

Сталий член

c = 72

Відповідь

c = 72
10.Диференціальне числення функцій багатьох змінних

Відповідь: I = 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).

Границі

0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ x

Внутрішній інтеграл

∫0x (x + 4y) dy = x·x + 4·(x)²/2 = 3x²

Зовнішній інтеграл

I = 3·1³/3 = 1

Відповідь

I = 1
11.Послідовності та ряди

Відповідь: S = 11

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

12/(k(k + 1)) = 12·(1/k − 1/(k + 1))

Скасувати

S = 12·(1 − 1/12) = 11

Відповідь

S = 11
12.Послідовності та ряди

Відповідь: c₄ = 0,1133

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.

Похідна f⁽⁴⁾

f⁽⁴⁾(x) = eˣ

Коефіцієнт

c₄ = e1/4! = 0,1133
c₄ = 0,1133

Відповідь

c₄ = 0,1133
13.Перетворення Лапласа

Відповідь: f(0.4) = 2,544

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).

Простіші дроби

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

Обернене перетворення

f(t) = 10 − 30·e−2t + 20·e−3t

Обчисліть

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

Відповідь

f(0,4) = 2,544
14.Перетворення Лапласа

Відповідь: y(0.75) = 11,41

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

(s² + 5s + 4)·Y(s) = 6s + 30 + 80/s
Y(s) = (6s² + 30s + 80)/(s(s + 1)(s + 4))

Простіші дроби

A = 80/(1·4) = 20
B = 56/((−1)·3) = −18,67
C = 56/((−4)·(−3)) = 4,667

Результат

y(t) = 20 − 18,67·e−t + 4,667·e−4t
y(0,75) = 11,41

Відповідь

y(0,75) = 11,41

Перевірка: y(0) = A + B + C = 6.

15.Згортка та лінійні стаціонарні системи

Відповідь: Ay = 16

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 = 4·1 = 4
∫h dt = ½·4·2 = 4

Площа виходу

Ay = 4·4 = 16

Відповідь

Ay = 16
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) = 2/(2 + jω)

Фаза на частоті входу

φ = −atan(2/2) = −45°

Відповідь

φ = −45°

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