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)18Ta​T = ?

Чашку кави температурою 81 °C залишили в кімнаті з температурою 22 °C. Вона підпорядковується закону охолодження Ньютона, dT/dt = −k·(T − Tₐ). За k = 0,05 min⁻¹ знайдіть її температуру T через 18 min.

T0 = 81 °CTa = 22 °Ck = 0,05 min⁻¹t = 18 min
T = °C
2.Диференціальні рівнянняСкладна
ty1,5y(1,5) = ?

Розв’яжіть y′ + y = 6e−2t при y(0) = 4. Знайдіть y(1,5).

y′ + y = 6e−2ty(0) = 4
y(1.5) =
3.Матриці та визначникиСередня
A =−251−5B =3065

Нехай C = AB для поданих матриць. Знайдіть елемент c11 (рядок 1, стовпець 1).

A = [−2 5; 1 −5]B = [3 0; 6 5]
c11 =
4.Матриці та визначникиСкладна
A =−26−711

Знайдіть більше власне значення λ поданої матриці A.

A = [−2 6; −7 11]
λ =
5.Вектори: скалярний і векторний добуткиСередня
xyzab

Знайдіть скалярну проєкцію compb a вектора a = (−2, 0, −6) на b = (1, 4, −3), тобто компоненту a у напрямі b.

a = (−2, 0, −6)b = (1, 4, −3)
compb a =
6.Вектори: скалярний і векторний добуткиСкладна
xyzab

Для a = (0, −6, 3) і b = (−4, 3, 6) знайдіть x-компоненту (a × b)x векторного добутку a × b.

a = (0, −6, 3)b = (−4, 3, 6)
(a × b)x =
7.ІнтегралиСередня
xy02

Обчисліть I = ∫02 ex dx.

f(x) = ex[0, 2]
I =
8.ІнтегралиСкладна
xy2y = x²eˣ

Обчисліть I = ∫₀2 x²·eˣ dx.

∫₀2 x²eˣ dx
I =
9.Диференціальне числення функцій багатьох зміннихСередня
xy31∇fP

Для f(x, y) = 2x²y² + 4x² − 4y² + xy знайдіть максимальну швидкість зміни f у точці (3, 1), тобто |∇f|.

f(x, y) = 2x²y² + 4x² − 4y² + xyP = (3, 1)
|∇f| =
10.Диференціальне числення функцій багатьох зміннихСкладна
xyy = 3xy = x²39

Обчисліть I = ∬R xy dA, де R — область між параболою y = x² і прямою y = 3x.

y = x²y = 3xf = xy
I =
11.Послідовності та рядиСередня
AΣ (k + 2)/k²k = 1 … ∞BΣ k!/10ᵏk = 1 … ∞CΣ 10ᵏ/k!k = 1 … ∞DΣ k/(k + 7)k = 1 … ∞

Рівно один із чотирьох рядів збігається. Клікніть його.

A: Σ (k + 2)/k²B: Σ k!/10ᵏC: Σ 10ᵏ/k!D: Σ k/(k + 7)
  1. 1A: Σ (k + 2)/k²
  2. 2B: Σ k!/10ᵏ
  3. 3C: Σ 10ᵏ/k!
  4. 4D: Σ k/(k + 7)
12.Послідовності та рядиСкладна

Знайдіть коефіцієнт c₂ при (x − 4)² у ряді Тейлора функції f(x) = ln x у точці a = 4.

f(x) = ln xa = 4k = 2
c₂ =
13.Перетворення ЛапласаСередня
ReIm−5−10−15−20

Знайдіть f(t) для F(s) = (2s + 35)/(s² + 2s + 17), виділивши повний квадрат, і обчисліть f(0,4).

F(s) = (2s + 35)/(s² + 2s + 17)t = 0,4 s
f(0.4) =
14.Перетворення ЛапласаСкладна
t (s)y(t)t = 1y(1) = ?

Розв’яжіть y″ + 4y′ + 3y = 0 при y(0) = −9 і y′(0) = −10 за допомогою перетворення Лапласа й знайдіть y(1).

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = −9y′(0) = −10t = 1 s
y(1) =
15.Згортка та лінійні стаціонарні системиСередня
x(t)t23h(t)t15

Сигнал x(t) ненульовий лише між t = 2 s і t = 3 s, а h(t) — лише між t = 1 s і t = 5 s. Знайдіть момент часу tend, у який закінчується y(t) = x(t) ∗ h(t).

x: 2 … 3 sh: 1 … 5 s
tend = s
16.Згортка та лінійні стаціонарні системиСкладна
x(t)t (ms)2481−1

Трикутна хвиля лінійно зростає й спадає між −1 і +1 з періодом T = 4 ms. Знайдіть амплітуду c5 її фур’є-складової на частоті 1250 Hz.

±1T = 4 msf = 1250 Hz
c5 =

3Розчини

1.Диференціальні рівняння

Відповідь: T = 45,99 °C

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.

Розв’язок закону охолодження

T(t) = 22 + 59·e−0,05t

Підставте t

T(18) = 22 + 59·0,4066 = 45,99 °C

Відповідь

T = 45,99 °C
2.Диференціальні рівняння

Відповідь: y(1.5) = 1,933

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 = et
(ety)′ = 6e−t

Загальний розв’язок

y = 6/(−1)·e−2t + C·e−t = −6·e−2t + C·e−t

Початкова умова

4 = −6 + C → C = 10

Обчисліть

y(1,5) = −6·0,04979 + 10·0,2231 = 1,933

Відповідь

y(1,5) = 1,933
3.Матриці та визначники

Відповідь: c11 = 24

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

c11 = (−2)·3 + 5·6 = 24

Відповідь

c11 = 24
4.Матриці та визначники

Відповідь: λ = 5

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 − (9)λ + (20) = 0

Розв’яжіть

λ = (9 ± √(1))/2 → λ = 4, 5
λ = 5

Відповідь

λ = 5
5.Вектори: скалярний і векторний добутки

Відповідь: compb a = 3,138

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

a·b = (−2)·1 + 0·4 + (−6)·(−3) = 16

Довжина b

|b| = √(1² + 4² + (−3)²) = 5,099

Скалярна проєкція

compb a = a·b/|b| = 16/5,099 = 3,138

Відповідь

compb a = 3,138
6.Вектори: скалярний і векторний добутки

Відповідь: (a × b)x = −45

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 = (−6)·6 − 3·3 = −45
(a × b)y = azbx − axbz = 3·(−4) − 0·6 = −12
(a × b)z = axby − aybx = 0·3 − (−6)·(−4) = −24

Потрібна компонента

(a × b)x = −45

Відповідь

(a × b)x = −45

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

7.Інтеграли

Відповідь: I = 6,389

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) = ex/1

Підставте межі

I = (e2 − 1)/1 = (7,389 − 1)/1 = 6,389

Відповідь

I = 6,389
8.Інтеграли

Відповідь: I = 12,78

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

7,389·(2) − 1·2 = 12,78

Відповідь

I = 12,78
9.Диференціальне числення функцій багатьох змінних

Відповідь: |∇f| = 48,27

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 = 4xy² + 8x + y → fx(3, 1) = 37
fy = 4x²y − 8y + x → fy(3, 1) = 31

Довжина градієнта

|∇f| = √(37² + 31²) = 48,27

Відповідь

|∇f| = 48,27
10.Диференціальне числення функцій багатьох змінних

Відповідь: I = 30,38

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).

Точки перетину

x² = 3x → x = 0, x = 3

Внутрішній інтеграл

∫x²3x xy dy = x·(9x² − x⁴)/2

Зовнішній інтеграл

I = ∫03 (9x³ − x⁵)/2 dx = 30,38

Відповідь

I = 30,38
11.Послідовності та ряди

Відповідь: C: Σ 10ᵏ/k!

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.

Перевірте кожен ряд

A: Σ (k + 2)/k² → Для великих k поводиться як 1/k: розбігається за порівнянням із гармонічним рядом.
B: Σ k!/10ᵏ → Ознака Даламбера: L = lim (k + 1)/10 = ∞, розбігається.
C: Σ 10ᵏ/k! → Ознака Даламбера: L = lim 10/(k + 1) = 0 < 1, збігається.
D: Σ k/(k + 7) → Члени прямують до 1, а не до 0: розбігається за необхідною умовою збіжності.

Відповідь

C: Σ 10ᵏ/k!

Відповідь

C: Σ 10ᵏ/k!
12.Послідовності та ряди

Відповідь: c₂ = −0,03125

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⁽²⁾

f⁽²⁾(x) = −1/x²

Коефіцієнт

c₂ = f⁽²⁾(4)/2! = −1/(4²·2) = −0,03125
c₂ = −0,03125

Відповідь

c₂ = −0,03125
13.Перетворення Лапласа

Відповідь: f(0.4) = 5,489

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).

Виділення повного квадрата

s² + 2s + 17 = (s + 1)² + 16 = (s + 1)² + 4²

Зіставлення чисельника

F(s) = 2·(s + 1)/((s + 1)² + 4²) + (33/4)·4/((s + 1)² + 4²)

Обернене перетворення

f(t) = e−t·(2·cos 4t + 8,25·sin 4t)
f(0,4) = e−0,4·(2·cos(4·0,4) + 8,25·sin(4·0,4)) = 5,489

Відповідь

f(0,4) = 5,489
14.Перетворення Лапласа

Відповідь: y(1) = −6,333

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

s²Y − (−9)s − (−10) + 4(sY − (−9)) + 3Y = 0
Y(s) = (−9s − 46)/((s + 1)(s + 3))

Простіші дроби

A = −37/2 = −18,5
B = −19/(−2) = 9,5

Результат

y(t) = −18,5·e−t + 9,5·e−3t
y(1) = −6,333

Відповідь

y(1) = −6,333

Перевірка: y(0) = A + B = −9.

15.Згортка та лінійні стаціонарні системи

Відповідь: tend = 8 s

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).

Початок і кінець

tstart = 2 + 1 = 3 s
tend = 3 + 5 = 8 s

Відповідь

tend = 8 s

Відповідь

tend = 8 s
16.Згортка та лінійні стаціонарні системи

Відповідь: c5 = 0,03242

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)|.

Номер гармоніки

f₀ = 1/T = 250 Hz → k = 5

Амплітуда

c5 = 8·1/(π²·5²) = 0,03242

Відповідь

c5 = 0,03242

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