Toán kỹ thuật 2: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 16 bài tập, kèm lời giải đầy đủ ở cuối.

Bài mớiQuay lại môn học

Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.

1Công thức và phương pháp

Phương trình vi phân

Tăng trưởng/suy giảm theo hàm mũ
dy/dt = ky → y = y0ekt
Chu kỳ bán rã
k = ln 2 / t½
Định luật làm nguội Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Thừa số tích phân
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Bể trộn
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Ma trận và định thức

định thức 2×2
det = ad − bc
Ma trận nghịch đảo 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Sản phẩm
(AB)ij = Σk AikBkj
Giá trị riêng
det(A − λI) = 0
Quy tắc Cramer
xi = det(Ai)/det(A)

Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng

Độ lớn
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vectơ đơn vị
û = a/|a|
Các thành phần từ một góc
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Tích vô hướng
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Hình chiếu vô hướng của a lên b
a·b/|b|
Công
W = F·d
Tích có hướng
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Diện tích
hình bình hành |a × b|, tam giác ½|a × b|
Mô-men đối với O
MO = r × F, r = A − O
Thể tích hình hộp
V = |a·(b × c)|

Phương pháp

  1. Viết mọi vectơ theo các thành phần; với lực cho bằng độ lớn và một góc, dùng F·cos θ và F·sin θ.
  2. Với độ dài và hướng, dùng độ lớn √(x² + y² + z²) và vectơ đơn vị a/|a|.
  3. Dùng tích vô hướng cho góc, hình chiếu, tính vuông góc và công: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Dùng tích có hướng cho các vectơ vuông góc, diện tích và mô-men: viết cẩn thận ba thành phần, giữ đúng thứ tự a × b.

Tích phân

Quy tắc lũy thừa
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Tích phân xác định
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Các tích phân thường gặp
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Diện tích giữa các đường cong
∫ab (f − g) dx

Phương pháp

  1. Viết lại hàm dưới dấu tích phân thành tổng các số hạng đơn giản nếu có thể.
  2. Áp dụng quy tắc lũy thừa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), và các tích phân chuẩn cho ex, 1/x, sin và cos.
  3. Dùng phép đổi biến khi bạn thấy một hàm và đạo hàm của nó đi cùng nhau.
  4. Với tích phân xác định, tính F(b) − F(a).

Giải tích nhiều biến

Các đạo hàm riêng
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradient
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Đạo hàm theo hướng
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Mặt phẳng tiếp xúc
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Quy tắc dây chuyền
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Phép thử đạo hàm cấp hai
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Tích phân kép
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Tọa độ cực
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Phương pháp

  1. Với đạo hàm riêng, hãy coi biến còn lại là hằng số và dùng các quy tắc một biến.
  2. Với các câu hỏi về gradient hãy tính ∇f = (fx, fy) tại điểm đó; dùng |∇f| cho độ dốc lớn nhất và ∇f·u với vectơ đơn vị u cho đạo hàm theo hướng.
  3. Với cực trị hãy giải đồng thời fx = 0 và fy = 0, rồi phân loại mọi điểm bằng D = fxx·fyy − fxy².
  4. Với tích phân kép hãy phác miền, chọn thứ tự (hoặc tọa độ cực cho hình tròn) để các cận trong là các đường cong giới hạn, và lấy tích phân trong trước.

Dãy số & chuỗi

Cấp số cộng
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Cấp số nhân
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Chuỗi nhân vô hạn
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Chuỗi p
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Tiêu chuẩn tỉ số
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Bán kính hội tụ
R = lim |ck/ck+1|
Đa thức Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Chuỗi Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Chặn sai số Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Phương pháp

  1. Hãy nhận ra loại: cấp số cộng (hiệu không đổi), cấp số nhân (tỉ số không đổi), một chuỗi chuẩn, một chuỗi lũy thừa hay một đa thức Taylor.
  2. Với tổng hãy dùng Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), hoặc S = a₁/(1 − r) khi |r| < 1, với a₁ là số hạng đầu của tổng.
  3. Với sự hội tụ: trước hết là tiêu chuẩn số hạng thứ n, rồi so sánh với Σ1/kᵖ hoặc một chuỗi nhân, và dùng tiêu chuẩn tỉ số hoặc căn cho giai thừa và lũy thừa bậc k.
  4. Với đa thức Taylor hãy liệt kê f(a), f′(a), f″(a), …, chia đạo hàm bậc k cho k!, và chặn sai số bằng M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Tích chập và hệ LTI

Tích chập rời rạc
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Tích chập liên tục
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Độ dài và tổng
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Bắt đầu, kết thúc và diện tích
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Bước nhảy vào e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Hệ bậc một
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Đệ quy bậc một
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Hàm sin qua h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Biên độ chuỗi Fourier
vuông ±A: 4A/(kπ), k lẻ; tam giác ±A: 8A/(π²k²), k lẻ; chuỗi xung: A·D và (2A/(kπ))|sin kπD|

Phương pháp

  1. Vẽ phác cả hai tín hiệu và ghi chú nơi mỗi tín hiệu khác không.
  2. Lật h và trượt nó: với mỗi thời điểm đầu ra, tìm khoảng mà cả hai tín hiệu chồng lên nhau.
  3. Nhân và cộng (rời rạc) hoặc nhân và lấy tích phân (liên tục) chỉ trên phần chồng lên nhau đó.
  4. Kiểm tra kết quả: đầu ra bắt đầu tại tổng các thời điểm bắt đầu, kết thúc tại tổng các thời điểm kết thúc, và diện tích hoặc tổng của nó là tích các diện tích hoặc tổng của đầu vào.

2Bài tập

1.Phương trình vi phânTrung bình
t (min)T (°C)27Ta​143 °C

Một chi tiết thép rèn ở 480 °C được để nguội trong xưởng có nhiệt độ 25 °C. Sau 27 phút, nhiệt độ của nó là 143 °C. Nó tuân theo định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Tìm hằng số k theo min⁻¹.

T0 = 480 °CTa = 25 °CT(27) = 143 °C
k = min⁻¹
2.Phương trình vi phânKhó
t (min)m (kg)t = ?3 kg

Một bể chứa 100 L nước tinh khiết. Nước muối với 0,05 kg muối mỗi lít chảy vào với tốc độ 20 L/min, và dung dịch đã trộn đều chảy ra với cùng tốc độ. Sau bao nhiêu phút t thì bể chứa 3 kg muối?

V = 100 Lm0 = 0 kgc = 0,05 kg/Lr = 20 L/min
t = min
3.Ma trận và định thứcTrung bình
A =6121B =566−1

Cho C = AB với các ma trận đã cho. Tìm phần tử c12 (hàng 1, cột 2).

A = [6 1; 2 1]B = [5 6; 6 −1]
c12 =
4.Ma trận và định thứcKhó
A =2−42−6b =2−5

Giải hệ 2x − 4y = 2 và 2x − 6y = −5. Tìm x.

2x − 4y = 22x − 6y = −5
x =
5.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
xyzab

Tìm giá trị của k để các vectơ a = (6, 4, −6) và b = (−3, −6, k) vuông góc.

a = (6, 4, −6)b = (−3, −6, k)
k =
6.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
xyzrFOA

Lực F = (30, −30, −60) N tác dụng tại điểm A(−2, −4, 0). Tọa độ tính bằng mét. Tìm độ lớn |M| của mô-men của lực đối với gốc tọa độ O(0, 0, 0).

F = (30, −30, −60) NA(−2, −4, 0) mO(0, 0, 0) m
|M| = N·m
7.Tích phânTrung bình
xy15y = x ln x

Tính I = ∫₁5 x·ln x dx.

∫₁5 x ln x dx
I =
8.Tích phânKhó
xy−33

Tìm diện tích A của miền giữa parabol y = 9 − x² và trục x.

y = 9 − x²
A =
9.Giải tích nhiều biếnTrung bình
xy2−1P

Hãy dùng mặt phẳng tiếp xúc của f(x, y) = 2y·e−xy tại (2, −1) để xấp xỉ f(2,05, −0,8). Hãy cho xấp xỉ tuyến tính L.

f(x, y) = 2y·e−xy(a, b) = (2, −1)(x, y) = (2,05, −0,8)
L =
10.Giải tích nhiều biếnKhó
xyy = 3xy = x²39

Hãy tính I = ∬R x dA, trong đó R là miền giữa parabol y = x² và đường thẳng y = 3x.

y = x²y = 3xf = x
I =
11.Dãy số & chuỗiTrung bình
xx₀ = 2??R

Hãy tìm bán kính hội tụ R của chuỗi lũy thừa Σk=1∞ 3ᵏ·(x − 2)ᵏ/(k + 1).

Σ 3ᵏ·(x − 2)ᵏ/(k + 1)x₀ = 2
R =
12.Dãy số & chuỗiKhó

Hãy nhận ra chuỗi và tìm tổng của nó: S = Σk=1∞ k·0,25ᵏ.

ak = k·0,25ᵏ
S =
13.Biến đổi LaplaceTrung bình
ReIm−5−105

Tìm f(t) cho F(s) = (3s + 36)/(s² + 8s + 41) bằng cách hoàn thành bình phương, và tính f(0,1).

F(s) = (3s + 36)/(s² + 8s + 41)t = 0,1 s
f(0.1) =
14.Biến đổi LaplaceKhó
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

Một hệ thống tuân theo y″ + 9y′ + 20y = 40·u(t). Nó bắt đầu từ trạng thái nghỉ (y(0) = 0, y′(0) = 0) và đầu vào là một bước u(t) = 5 với t ≥ 0. Dùng biến đổi Laplace để tìm đầu ra y(0,3).

y″ + 9y′ + 20y = 40·u(t)u(t) = 5y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,3 s
y(0.3) =
15.Tích chập và hệ LTITrung bình
x(t)t31h(t)t41

Xung x(t) = 1 với 0 ≤ t < 3 s (bằng không ở nơi khác) được đưa vào một hệ có đáp ứng xung h(t) = 1 với 0 ≤ t < 4 s (bằng không ở nơi khác). Tìm đầu ra y(5,5) tại t = 5,5 s.

x(t) = 1, 0 ≤ t < 3 sh(t) = 1, 0 ≤ t < 4 st = 5,5 s
y(5.5) =
16.Tích chập và hệ LTIKhó
x(t)t (ms)0,5121−1

Một sóng vuông chuyển giữa +1 và −1 với chu kỳ T = 1 ms (nửa chu kỳ ở mỗi mức). Tìm biên độ c3 của thành phần Fourier của nó tại 3000 Hz.

±1T = 1 msf = 3000 Hz
c3 =

3Dung dịch

1.Phương trình vi phân

Đáp số: k = 0,04999 min⁻¹

Phương trình vi phân cấp một: dy/dt = k·y có nghiệm y = y₀·ekt (tăng trưởng khi k > 0, suy giảm khi k < 0); chu kỳ bán rã T cho k = ln 2/T. Định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), cho T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Phương trình tuyến tính y′ + p(x)·y = q(x) được giải bằng thừa số tích phân μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, nên μy = ∫μq dx + C.

Tỉ số các hiệu nhiệt độ

e−27k = 118/455

Giải tìm k

k = ln(455/118)/27 = 0,04999 min⁻¹

Đáp số

k = 0,04999 min⁻¹
2.Phương trình vi phân

Đáp số: t = 4,581 min

Phương trình vi phân cấp một: dy/dt = k·y có nghiệm y = y₀·ekt (tăng trưởng khi k > 0, suy giảm khi k < 0); chu kỳ bán rã T cho k = ln 2/T. Định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), cho T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Phương trình tuyến tính y′ + p(x)·y = q(x) được giải bằng thừa số tích phân μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, nên μy = ∫μq dx + C.

Kết quả

m(t) = 5 + (−5)·e−t/5

Giải tìm t

e−t/5 = (5 − 3)/(5 − 0) = 0,4
t = 5·ln(2,5) = 4,581 min

Đáp số

t = 4,581 min
3.Ma trận và định thức

Đáp số: c12 = 35

Ma trận: định thức của ma trận 2×2 là ad − bc. Với 3×3, khai triển theo một hàng: mỗi phần tử nhân với định thức của ma trận 2×2 còn lại sau khi bỏ hàng và cột của nó, với dấu xen kẽ + − +. Các giá trị riêng λ là nghiệm của det(A − λI) = 0; với 2×2 đó là λ² − (vết)·λ + det = 0.

Hàng nhân cột

c12 = 6·6 + 1·(−1) = 35

Đáp số

c12 = 35
4.Ma trận và định thức

Đáp số: x = 8

Ma trận: định thức của ma trận 2×2 là ad − bc. Với 3×3, khai triển theo một hàng: mỗi phần tử nhân với định thức của ma trận 2×2 còn lại sau khi bỏ hàng và cột của nó, với dấu xen kẽ + − +. Các giá trị riêng λ là nghiệm của det(A − λI) = 0; với 2×2 đó là λ² − (vết)·λ + det = 0.

Định thức của ma trận hệ số

det A = 2·(−6) − (−4)·2 = −4

Thay cột x

det Aₓ = 2·(−6) − (−4)·(−5) = −32
x = −32/(−4) = 8

Đáp số

x = 8
y = 3,5
5.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng

Đáp số: k = −7

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.

Tích vô hướng bằng không

a·b = 6·(−3) + 4·(−6) + (−6)·k = 0
−42 + (−6)·k = 0

Giải tìm k

k = −(−42)/(−6) = −7

Đáp số

k = −7
6.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng

Đáp số: |M| = 323,1 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.

Vectơ vị trí từ O đến A

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

Mô-men M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−4)·(−60) − 0·(−30) = 240 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 0·30 − (−2)·(−60) = −120 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−2)·(−30) − (−4)·30 = 180 N·m

Độ lớn

|M| = √(240² + (−120)² + 180²) = 323,1 N·m

Đáp số

|M| = 323,1 N·m
7.Tích phân

Đáp số: I = 14,12

Tích phân từng phần: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, suy ra từ quy tắc tích. Chọn u là thừa số trở nên đơn giản hơn khi đạo hàm (một lũy thừa của x, hoặc ln x), và dv là thừa số bạn có thể tích phân (eˣ, sin x, cos x, hoặc x khi u = ln x). Với tích phân xác định, tính u·v tại cả hai cận: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Thừa số x² cần hai lần.

Chọn u và dv

u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2

Nguyên hàm

∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4

Giới hạn

(12,5·ln 5 − 6,25) − (0 − 0,25) = 14,12

Đáp số

I = 14,12
8.Tích phân

Đáp số: A = 36

Tích phân xác định: ∫ₐᵇ f(x) dx là diện tích đại số giữa đồ thị và trục x từ a đến b. Tìm một nguyên hàm F (với F′ = f) và tính F(b) − F(a). Quy tắc lũy thừa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Diện tích giữa hai đường cong là ∫(trên − dưới) dx.

Các nghiệm

9 − x² = 0 → x = ±3

Lấy tích phân

A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36

Đáp số

A = 36
9.Giải tích nhiều biến

Đáp số: L = −6,65

Gradient: ∇f = (fx, fy) chỉ theo hướng tăng dốc nhất, và |∇f| là tốc độ thay đổi lớn nhất. Đạo hàm theo hướng dọc một hướng v là Duf = ∇f·u với vectơ đơn vị u = v/|v|. Mặt phẳng tiếp xúc tại (a, b) là z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); nó cho xấp xỉ tuyến tính của f gần điểm đó. Quy tắc dây chuyền: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Giá trị và độ dốc tại điểm đó

f(2, −1) = −14,78
fx = −2y²e−xy → fx(2, −1) = −14,78
fy = 2e−xy(1 − xy) → fy(2, −1) = 44,33

Mặt phẳng tiếp xúc

z = −14,78 − 14,78(x − 2) + 44,33(y + 1)
z = −14,78x + 44,33y + 59,11

Xấp xỉ tuyến tính

L = −14,78 + (−14,78)·0,05 + 44,33·0,2 = −6,65

Đáp số

L = −6,65

Giá trị chính xác là f = −8,248271; mặt phẳng gần đúng vì bước nhỏ.

10.Giải tích nhiều biến

Đáp số: I = 6,75

Điểm tới hạn và tích phân kép: một điểm tới hạn có fx = fy = 0. Phép thử đạo hàm cấp hai với D = fxxfyy − fxy²: D > 0 và fxx > 0 là cực tiểu địa phương, D > 0 và fxx < 0 là cực đại địa phương, D < 0 là điểm yên ngựa, và D = 0 không kết luận được. Với một tích phân kép trên miền tổng quát, hãy lấy cận trong là các đường cong bao quanh miền; với hình tròn và hình quạt hãy dùng tọa độ cực, x = r cos θ, y = r sin θ và dA = r dr dθ (đừng quên thừa số r).

Các giao điểm

x² = 3x → x = 0, x = 3

Tích phân trong

∫x²3x x dy = x(3x − x²) = 3x² − x³

Tích phân ngoài

I = ∫03 (3x² − x³) dx = 6,75

Đáp số

I = 6,75
11.Dãy số & chuỗi

Đáp số: R = 0,3333

Hội tụ: nếu các số hạng không tiến về 0 thì chuỗi phân kỳ (tiêu chuẩn số hạng thứ n). Σ1/kᵖ chỉ hội tụ khi p > 1, và Σrᵏ chỉ khi |r| < 1. Hãy so sánh một chuỗi với một trong các chuỗi này khi các số hạng của nó có dạng giống chúng với k lớn. Tiêu chuẩn tỉ số: L = lim |ak+1/ak|; tiêu chuẩn căn: L = lim |ak|1/k. L < 1 hội tụ, L > 1 phân kỳ, L = 1 không kết luận được. Một chuỗi lũy thừa Σck(x − x₀)ᵏ hội tụ khi |x − x₀| < R với R = lim |ck/ck+1|; một chuỗi đan dấu có các số hạng giảm dần về 0 thì hội tụ.

Các hệ số

ck/ck+1 = (1/3)·(k + 2)/(k + 1) → 0,3333

Bán kính

R = 0,3333

Đáp số

R = 0,3333

Tiêu chuẩn tỉ số không cho kết luận tại hai đầu mút; chúng phải được kiểm tra riêng.

12.Dãy số & chuỗi

Đáp số: S = 0,4444

Đa thức Taylor: gần x = a một hàm trơn được xấp xỉ bằng Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; với a = 0 đây là đa thức Maclaurin. Các chuỗi chuẩn: 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. Chặn sai số Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, trong đó M là giá trị lớn nhất của |f⁽ⁿ⁺¹⁾| giữa a và x.

Các chuỗi chuẩn

Σ k·xᵏ = x/(1 − x)²

Thay giá trị

x = 0,25
S = 0,25/(1 − 0,25)² = 0,4444

Đáp số

S = 0,4444
13.Biến đổi Laplace

Đáp số: f(0.1) = 3,307

Biến đổi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt biến đạo hàm thành phép nhân với s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Các cặp chuẩn: 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), và phép dịch s → s + σ nhân hàm theo thời gian với e−σt. Để biến đổi ngược một F(s) hữu tỉ, hãy tách thành các phân thức riêng: thặng dư của cực đơn p là A = [(s − p)·F(s)] tại s = p. Định lý giá trị cuối: f(∞) = lims→0 s·F(s), chỉ đúng khi mọi cực của s·F(s) nằm trong nửa mặt phẳng trái. Định lý giá trị đầu: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Hoàn thành bình phương

s² + 8s + 41 = (s + 4)² + 25 = (s + 4)² + 5²

Ghép tử số

F(s) = 3·(s + 4)/((s + 4)² + 5²) + (24/5)·5/((s + 4)² + 5²)

Biến đổi ngược

f(t) = e−4t·(3·cos 5t + 4,8·sin 5t)
f(0,1) = e−4·0,1·(3·cos(5·0,1) + 4,8·sin(5·0,1)) = 3,307

Đáp số

f(0,1) = 3,307
14.Biến đổi Laplace

Đáp số: y(0.3) = 3,865

Biến đổi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt biến đạo hàm thành phép nhân với s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Các cặp chuẩn: 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), và phép dịch s → s + σ nhân hàm theo thời gian với e−σt. Để biến đổi ngược một F(s) hữu tỉ, hãy tách thành các phân thức riêng: thặng dư của cực đơn p là A = [(s − p)·F(s)] tại s = p. Định lý giá trị cuối: f(∞) = lims→0 s·F(s), chỉ đúng khi mọi cực của s·F(s) nằm trong nửa mặt phẳng trái. Định lý giá trị đầu: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Biến đổi phương trình

Y(s) = 200/(s(s + 4)(s + 5))

Phân thức riêng

A = 200/(4·5) = 10
B = 200/((−4)·1) = −50
C = 200/((−5)·(−1)) = 40

Lượng ra

y(t) = 10 − 50·e−4t + 40·e−5t
y(0,3) = 3,865

Đáp số

y(0,3) = 3,865
15.Tích chập và hệ LTI

Đáp số: y(5.5) = 1,5

Tích chập liên tục: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Lật h, trượt nó đến vị trí t và lấy tích phân của tích các phần chồng lên nhau. Với tín hiệu nhân quả, tích phân chạy từ 0 đến t. Một số kết quả hữu ích: diện tích của y bằng diện tích của x nhân diện tích của h; nếu x kéo dài từ t₁ đến t₂ và h từ t₃ đến t₄, thì y kéo dài từ t₁ + t₃ đến t₂ + t₄. Với h(t) = e−atu(t) và một bước nhảy có độ cao A, y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Phần chồng lên nhau của xung bị lật

h(t − τ) là xung của h được lật và dịch sao cho nó kết thúc tại τ = t.

τ ∈ [1,5, 3] → chiều dài 1,5 s

Tích phân

y(5,5) = 1·1·1,5 = 1,5

Đáp số

y(5,5) = 1,5

y(t) là một hình thang: nó tăng từ 0, giữ ở 3 và giảm về 0 tại t = 7 s.

16.Tích chập và hệ LTI

Đáp số: c3 = 0,4244

Đáp ứng xung và chuỗi Fourier: đáp ứng xung h(t) mô tả hoàn toàn một hệ LTI: với y′ + a·y = b·x nó là h(t) = b·e−atu(t), và với y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] nó là h[n] = b·aⁿu[n]. Một hàm cosin cos ωt đi qua với độ lợi |H(jω)| và pha ∠H(jω), trong đó H là biến đổi Fourier của h. Một tín hiệu tuần hoàn là tổng các họa âm tại k/T: sóng vuông ±A chỉ có các họa âm lẻ với biên độ 4A/(kπ), sóng tam giác có đỉnh A có 8A/(π²k²), và chuỗi xung có độ cao A và chu kỳ làm việc D có giá trị trung bình A·D và các họa âm (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.

Số thứ tự họa âm

f₀ = 1/T = 1000 Hz → k = 3000/1000 = 3

Biên độ

c3 = 4·1/(3π) = 0,4244

Đáp số

c3 = 0,4244

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