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)7Ta​T = ?

Một lon nước ngọt ở 6 °C được lấy từ tủ lạnh ra phòng có nhiệt độ 28 °C. Nó tuân theo định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Với k = 0,1 min⁻¹, tìm nhiệt độ T sau 7 phút.

T0 = 6 °CTa = 28 °Ck = 0,1 min⁻¹t = 7 min
T = °C
2.Phương trình vi phânKhó
xy13(1, 5)y(3) = ?

Giải bài toán giá trị ban đầu y′ + 2y/x = 5x2 với x > 0, y(1) = 5. Tìm y(3).

y′ + 2y/x = 5x2y(1) = 5
y(3) =
3.Ma trận và định thứcTrung bình
A =−233−5−214−4−2

Tìm định thức det A của ma trận 3×3 A đã cho.

A = [−2 3 3; −5 −2 1; 4 −4 −2]
det A =
4.Ma trận và định thứcKhó
A =3−1−35

Tìm giá trị riêng lớn hơn λ của ma trận A đã cho.

A = [3 −1; −3 5]
λ =
5.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
xyzdFAB

Một lực không đổi F = (−15, −20, 25) N tác dụng lên một vật khi nó chuyển động thẳng từ điểm A(0, 5, 1) đến điểm B(3, 0, 1). Tọa độ tính bằng mét. Tìm công W do lực sinh ra.

F = (−15, −20, 25) NA(0, 5, 1) mB(3, 0, 1) m
W = J
6.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
xyzab

Với a = (3, 3, −5) và b = (6, 5, −5), tìm thành phần x (a × b)x của tích có hướng a × b.

a = (3, 3, −5)b = (6, 5, −5)
(a × b)x =
7.Tích phânTrung bình
xy12

Tính I = ∫12 1/x dx.

f(x) = 1/x[1, 2]
I =
8.Tích phânKhó
xy−11

Tìm diện tích A của miền giữa parabol y = 1 − x² và trục x.

y = 1 − x²
A =
9.Giải tích nhiều biếnTrung bình
xy23P

Mặt phẳng tiếp xúc với z = 4xy + 4x² − 5y² tại điểm có (x, y) = (2, 3) có thể viết là z = px + qy + c. Hãy tìm c.

f(x, y) = 4xy + 4x² − 5y²(a, b) = (2, 3)
c =
10.Giải tích nhiều biếnKhó
xy10,25

Hãy dùng tọa độ cực để tính I = ∬R (x² + y²) dA, trong đó R là hình vành khuyên 0,0625 ≤ x² + y² ≤ 1.

f = x² + y²0,25 ≤ r ≤ 10 ≤ θ ≤ 2π
I =
11.Dãy số & chuỗiTrung bình
AΣ ln k / kk = 1 … ∞BΣ (5/4)ᵏk = 1 … ∞CΣ 10ᵏ/k!k = 1 … ∞DΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞

Đúng một trong bốn chuỗi hội tụ. Hãy nhấp vào nó.

A: Σ ln k / kB: Σ (5/4)ᵏC: Σ 10ᵏ/k!D: Σ (1 + 1/k)ᵏ
  1. 1A: Σ ln k / k
  2. 2B: Σ (5/4)ᵏ
  3. 3C: Σ 10ᵏ/k!
  4. 4D: Σ (1 + 1/k)ᵏ
12.Dãy số & chuỗiKhó

f(x) = ln(1 + x) được xấp xỉ bằng đa thức Maclaurin bậc 2 tại x = 0,3. Hãy dùng chặn sai số Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! với M = 2! = 2 để tìm sai số lớn nhất có thể |R₂|.

f(x) = ln(1 + x)n = 2x = 0,3M = 2
|R₂| =
13.Biến đổi LaplaceTrung bình
ReIm−0,5−1−1,5−2−2,5−3−3,5−4−4,50,51

F(s) = 4/(s² + 6s + 8). Biến đổi ngược của nó có dạng f(t) = A·e−2t + B·e−4t. Tìm hệ số A bằng phân thức riêng.

F(s) = 4/(s² + 6s + 8)
A =
14.Biến đổi LaplaceKhó
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Một hệ thống tuân theo y″ + 9y′ + 20y = 100·u(t). Nó bắt đầu từ trạng thái nghỉ (y(0) = 0, y′(0) = 0) và đầu vào là một bước u(t) = 1 với t ≥ 0. Dùng biến đổi Laplace để tìm đầu ra y(0,25).

y″ + 9y′ + 20y = 100·u(t)u(t) = 1y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,25 s
y(0.25) =
15.Tích chập và hệ LTITrung bình
x(t)t0,510h(t)t1

Xung x(t) = 10 với 0 ≤ t < 0.5 s (bằng không ở nơi khác) được đưa vào một hệ có h(t) = e−1tu(t). Tìm đầu ra y(1,5) tại t = 1,5 s, sau khi xung đã kết thúc.

x(t) = 10, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−1tu(t)t = 1,5 s
y(1.5) =
16.Tích chập và hệ LTIKhó
x(t)t (ms)1245−5

Một sóng tam giác tăng và giảm tuyến tính giữa −5 và +5 với chu kỳ T = 2 ms. Tìm biên độ c5 của thành phần Fourier của nó tại 2500 Hz.

±5T = 2 msf = 2500 Hz
c5 =

3Dung dịch

1.Phương trình vi phân

Đáp số: T = 17,08 °C

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.

Nghiệm của định luật làm nguội

T(t) = 28 + (−22)·e−0,1t

Thay t

T(7) = 28 + (−22)·0,4966 = 17,08 °C

Đáp số

T = 17,08 °C
2.Phương trình vi phân

Đáp số: y(3) = 27,44

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.

Thừa số tích phân

μ = e∫2/x dx = x2

Lấy tích phân

(x2y)′ = 5x4 → x2y = 5x5/5 + C

Điều kiện ban đầu

5 = 5/5 + C → C = 4

Tính giá trị

y(3) = (5·35/5 + 4)/32 = 27,44

Đáp số

y(3) = 27,44
3.Ma trận và định thức

Đáp số: det A = 50

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.

Các định thức con 2×2 của hàng đầu

M₁₁ = 8, M₁₂ = 6, M₁₃ = 28

Khai triển phần bù đại số

det A = (−2)·8 − 3·6 + 3·28 = 50

Đáp số

det A = 50
4.Ma trận và định thức

Đáp số: λ = 6

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.

Phương trình đặc trưng

λ² − (8)λ + (12) = 0

Giải

λ = (8 ± √(16))/2 → λ = 2, 6
λ = 6

Đáp số

λ = 6
5.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng

Đáp số: W = 55 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.

Độ dời

d = B − A = (3, 0, 1) − (0, 5, 1) = (3, −5, 0) m

Công

W = F·d = (−15)·3 + (−20)·(−5) + 25·0 = 55 J

Đáp số

W = 55 J
6.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng

Đáp số: (a × b)x = 10

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.

Tích có hướng, từng thành phần

(a × b)x = aybz − azby = 3·(−5) − (−5)·5 = 10
(a × b)y = azbx − axbz = (−5)·6 − 3·(−5) = −15
(a × b)z = axby − aybx = 3·5 − 3·6 = −3

Thành phần cần tìm

(a × b)x = 10

Đáp số

(a × b)x = 10

Kiểm tra: a × b vuông góc với cả hai vectơ, nên tích vô hướng của nó với a và với b bằng 0.

7.Tích phân

Đáp số: I = 0,6931

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.

Nguyên hàm

F(x) = ln x

Tính tại các cận

I = (ln 2 − ln 1) = ln 2 = 0,6931

Đáp số

I = 0,6931
8.Tích phân

Đáp số: A = 1,333

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

1 − x² = 0 → x = ±1

Lấy tích phân

A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333

Đáp số

A = 1,333
9.Giải tích nhiều biến

Đáp số: c = 5

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, 3) = −5
fx = 4y + 8x → fx(2, 3) = 28
fy = 4x − 10y → fy(2, 3) = −22

Mặt phẳng tiếp xúc

z = −5 + 28(x − 2) − 22(y − 3)
z = 28x − 22y + 5

Số hạng hằng

c = 5

Đáp số

c = 5
10.Giải tích nhiều biến

Đáp số: I = 1,565

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).

Dạng cực

I = ∫02π ∫0,251 r²·r dr dθ

Lấy tích phân

∫ r²·r dr = [r⁴/4]
I = 1,565

Đáp số

I = 1,565
11.Dãy số & chuỗi

Đáp số: C: Σ 10ᵏ/k!

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.

Kiểm tra từng chuỗi

A: Σ ln k / k → Lớn hơn 1/k với k ≥ 3: phân kỳ theo so sánh với chuỗi điều hòa.
B: Σ (5/4)ᵏ → Chuỗi nhân với r = 5/4 > 1: các số hạng tăng, nên phân kỳ.
C: Σ 10ᵏ/k! → Tiêu chuẩn tỉ số: L = lim 10/(k + 1) = 0 < 1, hội tụ.
D: Σ (1 + 1/k)ᵏ → Các số hạng tiến về e, không phải 0: phân kỳ theo tiêu chuẩn số hạng thứ n.

Đáp án

C: Σ 10ᵏ/k!

Đáp số

C: Σ 10ᵏ/k!
12.Dãy số & chuỗi

Đáp số: |R₂| = 0,009

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.

Chặn của đạo hàm

M = 2! = 2

Chặn Lagrange

|R₂| ≤ 2·0,3³/3! = 0,009

Đáp số

|R₂| = 0,009

Sai số thực nhỏ hơn: |f(0,3) − P₂(0,3)| = 0,007364.

13.Biến đổi Laplace

Đáp số: A = 2

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).

Phân tích mẫu số thành nhân tử

s² + 6s + 8 = (s + 2)(s + 4)
F(s) = A/(s + 2) + B/(s + 4)

Quy tắc che

Nhân với (s + 2) và đặt s = −2: số hạng B biến mất.

A = 4/(s + 4) |s = −2 = 4/2 = 2

Đáp số

A = 2
(B = −2, nên f(t) = 2·e−2t − 2·e−4t)
14.Biến đổi Laplace

Đáp số: y(0.25) = 1,533

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) = 100/(s(s + 4)(s + 5))

Phân thức riêng

A = 100/(4·5) = 5
B = 100/((−4)·1) = −25
C = 100/((−5)·(−1)) = 20

Lượng ra

y(t) = 5 − 25·e−4t + 20·e−5t
y(0,25) = 1,533

Đáp số

y(0,25) = 1,533
15.Tích chập và hệ LTI

Đáp số: y(1.5) = 1,447

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).

Đầu ra ở cuối xung

y(0,5) = (10/1)(1 − e−0,5) = 3,935

Suy giảm sau xung

y(1,5) = 3,935·e−1·1 = 1,447

Đáp số

y(1,5) = 1,447
16.Tích chập và hệ LTI

Đáp số: c5 = 0,1621

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 = 500 Hz → k = 5

Biên độ

c5 = 8·5/(π²·5²) = 0,1621

Đáp số

c5 = 0,1621

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