工程数学 2:速成包

公式表、每个专题的关键方法步骤和 16 道练习题,完整解答附在最后。

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1公式与方法

微分方程

指数增长/衰减
dy/dt = ky → y = y0ekt
半衰期
k = ln 2 / t½
牛顿冷却定律
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
积分因子
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
混合槽
dm/dt = r·c − (r/V)·m

矩阵与行列式

2×2 行列式
det = ad − bc
2×2 逆矩阵
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
产品
(AB)ij = Σk AikBkj
特征值
det(A − λI) = 0
克拉默法则
xi = det(Ai)/det(A)

向量:点积和叉积

模
|a| = √(ax² + ay² + az²)
单位向量
û = a/|a|
由角度求分量
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
点积
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
a 在 b 上的标量投影
a·b/|b|
功
W = F·d
叉积
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
面积
平行四边形 |a × b|,三角形 ½|a × b|
对 O 的力矩
MO = r × F, r = A − O
平行六面体的体积
V = |a·(b × c)|

方法

  1. 把每个向量都写成分量形式;对于由大小和角度给出的力,用 F·cos θ 和 F·sin θ。
  2. 求长度和方向时,用模 √(x² + y² + z²) 和单位向量 a/|a|。
  3. 求夹角、投影、垂直关系和功时,用点积:a·b = |a||b|cos θ。
  4. 求垂直向量、面积和力矩时,用叉积:仔细写出三个分量,并保持 a × b 的顺序。

积分

幂法则
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
定积分
∫ab f dx = F(b) − F(a)
常用积分
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
曲线间的面积
∫ab (f − g) dx

方法

  1. 尽可能把被积函数改写为简单项之和。
  2. 应用幂法则:∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1),以及 ex、1/x、sin 和 cos 的基本积分。
  3. 当看到一个函数和它的导数同时出现时,用换元法。
  4. 对于定积分,计算 F(b) − F(a)。

多元微积分

偏导数
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
梯度
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
方向导数
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
切平面
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
链式法则
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
二阶导数检验
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
二重积分
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
极坐标
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

方法

  1. 求偏导数时,把另一个变量当作常数,并使用一元函数的法则。
  2. 梯度类题目要在该点计算 ∇f = (fx, fy);最陡斜率用 |∇f|,方向导数用 ∇f·u,其中 u 是单位向量。
  3. 求极值时联立求解 fx = 0 和 fy = 0,然后用 D = fxx·fyy − fxy² 对每个点分类。
  4. 对于二重积分,画出区域草图,选择积分顺序(圆盘用极坐标),使内层积分限是边界曲线,并先算内层。

数列与级数

等差数列
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
等比数列
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
无穷等比级数
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p-级数
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
比值判别法
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
收敛半径
R = lim |ck/ck+1|
泰勒多项式
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
麦克劳林级数
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
拉格朗日误差界
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

方法

  1. 判断类型:等差(公差恒定)、等比(公比恒定)、标准级数、幂级数还是泰勒多项式。
  2. 求和时使用 Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2、Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r),或 |r| < 1 时使用 S = a₁/(1 − r),其中 a₁ 是和的第一项。
  3. 判断收敛性:先用通项判别法,再与 Σ1/kᵖ 或等比级数比较,含阶乘和 k 次幂的级数用比值判别法或根值判别法。
  4. 对于泰勒多项式,列出 f(a)、f′(a)、f″(a)、…,把第 k 阶导数除以 k!,并用 M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)! 估计误差。

卷积与线性时不变系统

离散卷积
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
连续卷积
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
长度与和
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
起点、终点与面积
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
阶跃输入到 e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
一阶系统
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
一阶递推
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
正弦信号通过 h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
傅里叶级数的幅值
方波 ±A:4A/(kπ),k 为奇数;三角波 ±A:8A/(π²k²),k 为奇数;脉冲串:A·D 和 (2A/(kπ))|sin kπD|

方法

  1. 画出两个信号,标明各自在哪里非零。
  2. 把 h 翻转并滑动:对每个输出时刻,找出两个信号的重叠范围。
  3. 只在该重叠范围内相乘并求和(离散),或相乘并积分(连续)。
  4. 检验结果:输出从起始时间之和开始,到结束时间之和结束,其面积或和等于输入面积或和的乘积。

2练习题

1.微分方程中等
t (min)T (°C)18Ta​T = ?

一罐 6 °C 的汽水从冰箱中取出,放到 28 °C 的房间里。 它遵循牛顿冷却定律 dT/dt = −k·(T − Tₐ)。 已知 k = 0.06 min⁻¹,求 18 min 后的温度 T。

T0 = 6 °CTa = 28 °Ck = 0.06 min⁻¹t = 18 min
T = °C
2.微分方程困难
tyK = 2y(1) = ?

一个系统在 t ≥ 0 时满足 y″ + 2y′ + 26y = 52,从静止开始:y(0) = 0,y′(0) = 0。求 y(1);角度以弧度为单位。

y″ + 2y′ + 26y = 52y(0) = 0y′(0) = 0
y(1) =
3.矩阵与行列式中等
A =3−1−40−32342

求所示 3×3 矩阵 A 的行列式 det A。

A = [3 −1 −4; 0 −3 2; 3 4 2]
det A =
4.矩阵与行列式困难
A =−6−561b =20

解方程组 −6x − 5y = 2 和 6x + y = 0。求 x。

−6x − 5y = 26x + y = 0
x =
5.向量:点积和叉积中等
xyzab

求 a = (−6, −4, −4) 与 b = (2, −5, 6) 的点积 a·b。

a = (−6, −4, −4)b = (2, −5, 6)
a·b =
6.向量:点积和叉积困难
xyzab

对于 a = (−3, 4, −6) 和 b = (−5, 3, 1),求叉积 a × b 的 x 分量 (a × b)x。

a = (−3, 4, −6)b = (−5, 3, 1)
(a × b)x =
7.积分中等
xy03

计算 I = ∫03 ex dx。

f(x) = ex[0, 3]
I =
8.积分困难
xy1y = x²eˣ

计算 I = ∫₀1 x²·eˣ dx。

∫₀1 x²eˣ dx
I =
9.多元微积分中等
xy2−2∇fP

对于 f(x, y) = −2x³y − 5x³ + 5y² + 3xy,求 f 在点 (2, −2) 处的最大变化率,即 |∇f|。

f(x, y) = −2x³y − 5x³ + 5y² + 3xyP = (2, −2)
|∇f| =
10.多元微积分困难
xyy = 4xy = x²416

计算 I = ∬R xy dA,其中 R 是抛物线 y = x² 与直线 y = 4x 之间的区域。

y = x²y = 4xf = xy
I =
11.数列与级数中等
AΣ 1/(k² + 6)k = 1 … ∞BΣ 1/√kk = 1 … ∞CΣ (1/3)ᵏk = 1 … ∞DΣ 2/k²k = 1 … ∞

四个级数中恰有一个发散。点选它。

A: Σ 1/(k² + 6)B: Σ 1/√kC: Σ (1/3)ᵏD: Σ 2/k²
  1. 1A: Σ 1/(k² + 6)
  2. 2B: Σ 1/√k
  3. 3C: Σ (1/3)ᵏ
  4. 4D: Σ 2/k²
12.数列与级数困难

f(x) = sin x 在 x = 0.5 处用其 n 次麦克劳林多项式近似。利用拉格朗日误差界 M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)!(M = 1),求能保证误差小于 1 × 10⁻⁶ 的最小次数 n。

f(x) = sin xx = 0.5M = 1ε = 1 × 10⁻⁶
n =
13.拉普拉斯变换中等
ReIm−2−4−62

用配方法求 F(s) = (3s + 17)/(s² + 2s + 10) 对应的 f(t),并计算 f(0.25)。

F(s) = (3s + 17)/(s² + 2s + 10)t = 0.25 s
f(0.25) =
14.拉普拉斯变换困难
t (s)y(t)t = 0.1y(0.1) = ?

某系统满足 y″ + 5y′ + 6y = 12·u(t),y(0) = 6,y′(0) = 0。在 t = 0 时施加阶跃输入 u(t) = 10。用拉普拉斯变换求 y(0.1)。

y″ + 5y′ + 6y = 12·u(t)y(0) = 6y′(0) = 0u(t) = 10t = 0.1 s
y(0.1) =
15.卷积与线性时不变系统中等
x(t)t32h(t)t41

脉冲 x(t) = 2(0 ≤ t < 3 s,其他时刻为零)加到冲激响应为 h(t) = 1(0 ≤ t < 4 s,其他时刻为零)的系统上。求 t = 5 s 时的输出 y(5)。

x(t) = 2, 0 ≤ t < 3 sh(t) = 1, 0 ≤ t < 4 st = 5 s
y(5) =
16.卷积与线性时不变系统困难
δ(t)y′ + 4y = 5xh(t)

某系统满足 y′(t) + 4·y(t) = 5·x(t)。求它在 t = 0.25 s 时的冲激响应 h(0.25)。

y′ + 4y = 5xt = 0.25 s
h(0.25) =

3溶液

1.微分方程

答案: T = 20.53 °C

一阶微分方程:dy/dt = k·y 的解为 y = y₀·ekt(k > 0 时增长,k < 0 时衰减);半衰期 T 对应 k = ln 2/T。牛顿冷却定律 dT/dt = −k·(T − Tₐ) 给出 T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt。线性方程 y′ + p(x)·y = q(x) 用积分因子 μ = e∫p dx 求解:(μy)′ = μq,所以 μy = ∫μq dx + C。

冷却定律的解

T(t) = 28 + (−22)·e−0.06t

代入 t

T(18) = 28 + (−22)·0.3396 = 20.53 °C

答案

T = 20.53 °C
2.微分方程

答案: y(1) = 1.932

二阶线性方程:对 y″ + b·y′ + c·y = 0,试 y = ert:得到特征方程 r² + b·r + c = 0。两个不等实根 r₁ ≠ r₂ 给出 y = A·er₁t + B·er₂t(过阻尼);二重根 r 给出 y = (A + Bt)·ert(临界阻尼);复根 −α ± jω 给出 y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt)(欠阻尼,振荡)。初值 y(0) 和 y′(0) 决定 A 和 B。写成 y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 时,ωn 是固有频率,ζ 是阻尼比:ζ < 1 时振荡。在常值输入下,y″ + by′ + cy = c·K 的解是稳态值 K 加上自由响应。

稳态值与根

yss = 2, r = −1 ± 5j

由初值求常数

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −1A + 5B = 0 → B = −0.4

求值

y(1) = 2·(1 − e−1(cos 5 + 0.2·sin 5)) = 1.932

答案

y(1) = 1.932
3.矩阵与行列式

答案: det A = −84

矩阵:2×2 矩阵的行列式为 ad − bc。对于 3×3,按某一行展开:每个元素乘以划去其所在行和列后剩下的 2×2 矩阵的行列式,符号按 + − + 交替。特征值 λ 满足 det(A − λI) = 0;对于 2×2,即 λ² −(迹)·λ + det = 0。

第一行的 2×2 余子式

M₁₁ = −14, M₁₂ = −6, M₁₃ = 9

代数余子式展开

det A = 3·(−14) − (−1)·(−6) + (−4)·9 = −84

答案

det A = −84
4.矩阵与行列式

答案: x = 0.08333

矩阵:2×2 矩阵的行列式为 ad − bc。对于 3×3,按某一行展开:每个元素乘以划去其所在行和列后剩下的 2×2 矩阵的行列式,符号按 + − + 交替。特征值 λ 满足 det(A − λI) = 0;对于 2×2,即 λ² −(迹)·λ + det = 0。

系数矩阵的行列式

det A = (−6)·1 − (−5)·6 = 24

替换 x 列

det Aₓ = 2·1 − (−5)·0 = 2
x = 2/24 = 0.08333

答案

x = 0.08333
y = −0.5
5.向量:点积和叉积

答案: a·b = −16

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.

对应分量相乘再相加

a·b = (−6)·2 + (−4)·(−5) + (−4)·6 = (−12) + 20 + (−24) = −16

答案

a·b = −16

为负:两向量的夹角大于 90°。

6.向量:点积和叉积

答案: (a × b)x = 22

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.

叉积,逐个分量计算

(a × b)x = aybz − azby = 4·1 − (−6)·3 = 22
(a × b)y = azbx − axbz = (−6)·(−5) − (−3)·1 = 33
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·3 − 4·(−5) = 11

所求分量

(a × b)x = 22

答案

(a × b)x = 22

检验:a × b 与两个向量都垂直,所以它与 a 和与 b 的点积都为零。

7.积分

答案: I = 19.09

定积分:∫ₐᵇ f(x) dx 是从 a 到 b 图像与 x 轴之间的有向面积。求一个原函数 F(F′ = f),再计算 F(b) − F(a)。幂法则:∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1)。两条曲线之间的面积为 ∫(上 − 下) dx。

原函数

F(x) = ex/1

代入上下限

I = (e3 − 1)/1 = (20.09 − 1)/1 = 19.09

答案

I = 19.09
8.积分

答案: I = 0.7183

分部积分:∫u·dv = u·v − ∫v·du,由乘积法则得出。把 u 选为求导后会变简单的因式(x 的幂或 ln x),把 dv 选为你能积分的因式(eˣ、sin x、cos x,或 u = ln x 时的 x)。对定积分,要在两个上下限处计算 u·v:∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du。含 x² 的因式需要做两轮。

第一轮

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

第二轮

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

极限

2.718·(1) − 1·2 = 0.7183

答案

I = 0.7183
9.多元微积分

答案: |∇f| = 34.99

梯度:∇f = (fx, fy) 指向最陡上升的方向,|∇f| 是最大变化率。沿方向 v 的方向导数为 Duf = ∇f·u,其中单位向量 u = v/|v|。在 (a, b) 处的切平面为 z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b);它给出 f 在该点附近的线性近似。链式法则:dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt。

偏导数

fx = −6x²y − 15x² + 3y → fx(2, −2) = −18
fy = −2x³ + 10y + 3x → fy(2, −2) = −30

梯度的长度

|∇f| = √((−18)² + (−30)²) = 34.99

答案

|∇f| = 34.99
10.多元微积分

答案: I = 170.7

临界点与二重积分:临界点满足 fx = fy = 0。用 D = fxxfyy − fxy² 做二阶导数检验:D > 0 且 fxx > 0 为局部极小值,D > 0 且 fxx < 0 为局部极大值,D < 0 为鞍点,D = 0 无法判断。对于一般区域上的二重积分,内层积分限取为围成该区域的曲线;对于圆盘和扇形,使用极坐标 x = r cos θ,y = r sin θ,dA = r dr dθ(不要忘了因子 r)。

交点

x² = 4x → x = 0, x = 4

内层积分

∫x²4x xy dy = x·(16x² − x⁴)/2

外层积分

I = ∫04 (16x³ − x⁵)/2 dx = 170.7

答案

I = 170.7
11.数列与级数

答案: B: Σ 1/√k

收敛性:如果各项不趋于 0,级数发散(通项判别法)。Σ1/kᵖ 仅当 p > 1 时收敛,Σrᵏ 仅当 |r| < 1 时收敛。当一个级数的项在 k 很大时与这些级数的项相近时,可与之比较。比值判别法:L = lim |ak+1/ak|;根值判别法:L = lim |ak|1/k。L < 1 收敛,L > 1 发散,L = 1 无法判断。幂级数 Σck(x − x₀)ᵏ 在 |x − x₀| < R 时收敛,其中 R = lim |ck/ck+1|;项递减趋于 0 的交错级数收敛。

检验每个级数

A: Σ 1/(k² + 6) → 小于 1/k²(收敛的 p-级数):由比较判别法收敛。
B: Σ 1/√k → p-级数,p = 1/2 ≤ 1:发散。
C: Σ (1/3)ᵏ → 等比级数,r = 1/3,|r| < 1:收敛。
D: Σ 2/k² → p-级数,p = 2 > 1:收敛。

答案

B: Σ 1/√k

答案

B: Σ 1/√k
12.数列与级数

答案: n = 7

泰勒多项式:在 x = a 附近,光滑函数可用 Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n! 近似;当 a = 0 时这就是麦克劳林多项式。标准级数: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。拉格朗日误差界:|f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!,其中 M 是 |f⁽ⁿ⁺¹⁾| 在 a 与 x 之间的最大值。

n(n + 1)!误差界010.5120.125260.020833240.00260441200.000260457202.17 × 10⁻⁵650401.55 × 10⁻⁶7403209.688 × 10⁻⁸

n 增大时的误差界

n = 6: 1.55 × 10⁻⁶ ≥ 1 × 10⁻⁶
n = 7: 9.688 × 10⁻⁸ < 1 × 10⁻⁶

最小次数

n = 7

答案

n = 7
13.拉普拉斯变换

答案: f(0.25) = 4.187

拉普拉斯变换:F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt 把导数变成乘以 s:ℒ{f′} = sF(s) − f(0),ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0)。常用变换对: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);平移 s → s + σ 相当于把时间函数乘以 e−σt。要对有理函数 F(s) 求逆变换,先分解成部分分式:单极点 p 的留数为 A = [(s − p)·F(s)] 在 s = p 处的值。终值定理:f(∞) = lims→0 s·F(s),仅当 s·F(s) 的所有极点都在左半平面时成立。初值定理:f(0⁺) = lims→∞ s·F(s)。

配方

s² + 2s + 10 = (s + 1)² + 9 = (s + 1)² + 3²

匹配分子

F(s) = 3·(s + 1)/((s + 1)² + 3²) + (14/3)·3/((s + 1)² + 3²)

逆变换

f(t) = e−t·(3·cos 3t + 4.667·sin 3t)
f(0.25) = e−0.25·(3·cos(3·0.25) + 4.667·sin(3·0.25)) = 4.187

答案

f(0.25) = 4.187
14.拉普拉斯变换

答案: y(0.1) = 6.356

拉普拉斯变换:F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt 把导数变成乘以 s:ℒ{f′} = sF(s) − f(0),ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0)。常用变换对: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);平移 s → s + σ 相当于把时间函数乘以 e−σt。要对有理函数 F(s) 求逆变换,先分解成部分分式:单极点 p 的留数为 A = [(s − p)·F(s)] 在 s = p 处的值。终值定理:f(∞) = lims→0 s·F(s),仅当 s·F(s) 的所有极点都在左半平面时成立。初值定理:f(0⁺) = lims→∞ s·F(s)。

对方程做变换

(s² + 5s + 6)·Y(s) = 6s + 30 + 120/s
Y(s) = (6s² + 30s + 120)/(s(s + 2)(s + 3))

部分分式

A = 120/(2·3) = 20
B = 84/((−2)·1) = −42
C = 84/((−3)·(−1)) = 28

结果

y(t) = 20 − 42·e−2t + 28·e−3t
y(0.1) = 6.356

答案

y(0.1) = 6.356

检验:y(0) = A + B + C = 6。

15.卷积与线性时不变系统

答案: y(5) = 4

连续卷积:y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ。把 h 翻转,平移到位置 t,对重叠部分的乘积积分。对因果信号,积分从 0 到 t。有用的结论:y 的面积等于 x 的面积乘以 h 的面积;若 x 持续时间从 t₁ 到 t₂,h 从 t₃ 到 t₄,则 y 持续时间从 t₁ + t₃ 到 t₂ + t₄。对于 h(t) = e−atu(t) 和高度为 A 的阶跃,y(t) = (A/a)(1 − e−at)。

翻转后脉冲的重叠

h(t − τ) 是把 h 的脉冲翻转并平移,使其结束于 τ = t。

τ ∈ [1, 3] → 长度 2 s

积分

y(5) = 2·1·2 = 4

答案

y(5) = 4

y(t) 是梯形:从 0 上升,保持在 6,并在 t = 7 s 时回落到 0。

16.卷积与线性时不变系统

答案: h(0.25) = 1.839

冲激响应与傅里叶级数:冲激响应 h(t) 完全描述一个线性时不变系统:对于 y′ + a·y = b·x,h(t) = b·e−atu(t);对于 y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n],h[n] = b·aⁿu[n]。正弦信号 cos ωt 通过系统时,增益为 |H(jω)|,相位为 ∠H(jω),其中 H 是 h 的傅里叶变换。周期信号是频率为 k/T 的各次谐波之和:幅值 ±A 的方波只含奇次谐波,幅值为 4A/(kπ);峰值为 A 的三角波的谐波幅值为 8A/(π²k²);高度为 A、占空比为 D 的脉冲串,其平均值为 A·D,谐波为 (2A/(kπ))·|sin(kπD)|。

传递函数

H(s) = Y(s)/X(s) = 5/(s + 4)

冲激响应

h(t) = 5·e−4tu(t)
h(0.25) = 5·e−1 = 1.839

答案

h(0.25) = 1.839

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