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)15Ta​T = ?

一个 440 °C 的钢锻件放在 25 °C 的车间里冷却。 它遵循牛顿冷却定律 dT/dt = −k·(T − Tₐ)。 已知 k = 0.02 min⁻¹,求 15 min 后的温度 T。

T0 = 440 °CTa = 25 °Ck = 0.02 min⁻¹t = 15 min
T = °C
2.微分方程困难
tyK = 2ymax​ = ?

一个系统在 t ≥ 0 时满足 y″ + y′ + 4.25y = 8.5,从静止开始:y(0) = 0,y′(0) = 0。求其阶跃响应的峰值 ymax。

y″ + y′ + 4.25y = 8.5y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.矩阵与行列式中等
A =−55−4−112−1−30

求所示 3×3 矩阵 A 的行列式 det A。

A = [−5 5 −4; −1 1 2; −1 −3 0]
det A =
4.矩阵与行列式困难
A =42−11

求所示矩阵 A 的较大特征值 λ。

A = [4 2; −1 1]
λ =
5.向量:点积和叉积中等
xyzab

求向量 a = (2, −5, −5) 与 b = (4, −5, 4) 之间的夹角 θ,以度为单位。

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

一个力 F = (60, 50, 40) N 作用在点 A(−2, 1, −4)。坐标单位为米。 求该力对 点 O(0, −2, −1) 的力矩的 y 分量 My。

F = (60, 50, 40) NA(−2, 1, −4) mO(0, −2, −1) m
My = N·m
7.积分中等
xy2y = 3x

将 y = 3x 之下、从 x = 0 到 x = 2 的区域绕 x 轴旋转。求该旋转体(圆锥)的体积 V。

y = 3x0 ≤ x ≤ 2
V =
8.积分困难
xy−11

求抛物线 y = 1 − x² 与 x 轴之间区域的面积 A。

y = 1 − x²
A =
9.多元微积分中等
xy23P

z = −3x²y + 2x² − 2y² 在 (x, y) = (2, 3) 处的切平面可以写成 z = px + qy + c。求 c。

f(x, y) = −3x²y + 2x² − 2y²(a, b) = (2, 3)
c =
10.多元微积分困难
xy1

用极坐标计算 I = ∬R x dA,其中 R 是圆盘 x² + y² ≤ 1 在第一象限的四分之一。

f = x0 ≤ r ≤ 10 ≤ θ ≤ π/2
I =
11.数列与级数中等
AΣ 1/√kk = 1 … ∞BΣ k/(k + 1)k = 1 … ∞CΣ (7/4)ᵏk = 1 … ∞DΣ (1/2)ᵏk = 1 … ∞

四个级数中恰有一个收敛。点选它。

A: Σ 1/√kB: Σ k/(k + 1)C: Σ (7/4)ᵏD: Σ (1/2)ᵏ
  1. 1A: Σ 1/√k
  2. 2B: Σ k/(k + 1)
  3. 3C: Σ (7/4)ᵏ
  4. 4D: Σ (1/2)ᵏ
12.数列与级数困难
xyfP₄2

用 f(x) = eˣ 的 4 次麦克劳林多项式近似 f(2)。给出 P₄(2)。

f(x) = eˣn = 4x = 2
P₄(2) =
13.拉普拉斯变换中等
t (s)f(t)t = 0.4f(0.4) = ?

用部分分式法求 F(s) = 10/(s(s + 1)(s + 3)) 对应的 f(t),并计算 f(0.4)。

F(s) = 10/(s(s + 1)(s + 3))t = 0.4 s
f(0.4) =
14.拉普拉斯变换困难
t (s)y(t)t = 0.3y(0.3) = ?

某系统满足 y″ + 10y′ + 24y = 24·u(t)。它从静止开始(y(0) = 0,y′(0) = 0),输入为阶跃 u(t) = 5(t ≥ 0)。用拉普拉斯变换求输出 y(0.3)。

y″ + 10y′ + 24y = 24·u(t)u(t) = 5y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0.3 s
y(0.3) =
15.卷积与线性时不变系统中等
x(t)t2h(t)t0.21

某系统的冲激响应为 h(t) = e−5tu(t),输入为阶跃 x(t) = 2·u(t)。求 t = 0.8 s 时的输出 y(0.8)。

h(t) = e−5tu(t)x(t) = 2·u(t)t = 0.8 s
y(0.8) =
16.卷积与线性时不变系统困难
δ(t)y′ + 10y = 5xh(t)

某系统满足 y′(t) + 10·y(t) = 5·x(t)。求它在 t = 0.25 s 时的冲激响应 h(0.25)。

y′ + 10y = 5xt = 0.25 s
h(0.25) =

3溶液

1.微分方程

答案: T = 332.4 °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) = 25 + 415·e−0.02t

代入 t

T(15) = 25 + 415·0.7408 = 332.4 °C

答案

T = 332.4 °C
2.微分方程

答案: ymax = 2.912

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 = −0.5 ± 2j

由初值求常数

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −0.5A + 2B = 0 → B = −0.5

峰值

t = π/2 = 1.571
ymax = 2·(1 + e−0.5·π/2) = 2.912

答案

ymax = 2.912
3.矩阵与行列式

答案: det A = −56

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 = 6, M₁₂ = 2, M₁₃ = 4

代数余子式展开

det A = (−5)·6 − 5·2 + (−4)·4 = −56

答案

det A = −56
4.矩阵与行列式

答案: λ = 3

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。

特征方程

λ² − (5)λ + (6) = 0

求解

λ = (5 ± √(1))/2 → λ = 2, 3
λ = 3

答案

λ = 3
5.向量:点积和叉积

答案: θ = 76.45 °

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.

点积

a·b = 2·4 + (−5)·(−5) + (−5)·4 = 13

模

|a| = √(2² + (−5)² + (−5)²) = 7.348
|b| = √(4² + (−5)² + 4²) = 7.55

相角

cos θ = 13/(7.348·7.55) = 0.2343
θ = arccos(0.2343) = 76.45°

答案

θ = 76.45°
6.向量:点积和叉积

答案: My = −100 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.

从 O 到 A 的位置向量

r = A − O = (−2, 1, −4) − (0, −2, −1) = (−2, 3, −3) m

力矩 M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 3·40 − (−3)·50 = 270 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−3)·60 − (−2)·40 = −100 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−2)·50 − 3·60 = −280 N·m

所求分量

My = −100 N·m

答案

My = −100 N·m
7.积分

答案: V = 75.4

旋转体体积:把 y = f(x) 之下、从 x = a 到 x = b 的区域绕 x 轴旋转,得到一个旋转体,它在 x 处的横截面是半径为 f(x) 的圆盘。把圆盘相加得 V = π∫ₐᵇ f(x)² dx。当区域位于外曲线 R(x) 与内曲线 r(x) 之间时,每个薄片是一个垫圈:V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx。相减之前要先把半径平方。

圆盘法

V = π∫₀2 9x² dx

积分

V = π·9·2³/3 = 75.4

答案

V = 75.4

检验:半径 6、高 2 的圆锥体积为 (1/3)πr²h = 75.4。

8.积分

答案: A = 1.333

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。

零点

1 − x² = 0 → x = ±1

积分

A = [1x − x³/3]−11 = 0.6667 − (−0.6667) = 1.333

答案

A = 1.333
9.多元微积分

答案: c = 82

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。

该点处的函数值与斜率

f(2, 3) = −46
fx = −6xy + 4x → fx(2, 3) = −28
fy = −3x² − 4y → fy(2, 3) = −24

切平面

z = −46 − 28(x − 2) − 24(y − 3)
z = −28x − 24y + 82

常数项

c = 82

答案

c = 82
10.多元微积分

答案: I = 0.3333

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)。

极坐标形式

I = ∫0π/2 ∫01 r cos θ·r dr dθ

积分

∫ r²dr·∫ cos θ dθ
I = 0.3333

答案

I = 0.3333
11.数列与级数

答案: D: Σ (1/2)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/√k → p-级数,p = 1/2 ≤ 1:发散。
B: Σ k/(k + 1) → 各项趋于 1,而不是 0:由通项判别法,发散。
C: Σ (7/4)ᵏ → 等比级数,r = 7/4 > 1:各项增大,所以发散。
D: Σ (1/2)ᵏ → 等比级数,r = 1/2,|r| < 1:收敛。

答案

D: Σ (1/2)ᵏ

答案

D: Σ (1/2)ᵏ
12.数列与级数

答案: P₄(2) = 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。

麦克劳林多项式

P₄(x) = 1 + x + 0.5x² + 0.1667x³ + 0.04167x⁴

代入

P₄(2) = 1 + 2 + 2 + 1.333333 + 0.666667 = 7

答案

P₄(2) = 7

精确值为 f(2) = 7.389056;取更多项或取更靠近 0 的点时,误差 0.389056 会变小。

13.拉普拉斯变换

答案: f(0.4) = 0.4837

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)。

部分分式

F(s) = A/s + B/(s + 1) + C/(s + 3)
A = 10/(1·3) = 3.333
B = 10/((−1)·2) = −5
C = 10/((−3)·(−2)) = 1.667

逆变换

f(t) = 3.333 − 5·e−t + 1.667·e−3t

求值

f(0.4) = 3.333 − 5·e−0.4 + 1.667·e−3·0.4 = 0.4837

答案

f(0.4) = 0.4837
14.拉普拉斯变换

答案: y(0.3) = 2.135

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

Y(s) = 120/(s(s + 4)(s + 6))

部分分式

A = 120/(4·6) = 5
B = 120/((−4)·2) = −15
C = 120/((−6)·(−2)) = 10

出量

y(t) = 5 − 15·e−4t + 10·e−6t
y(0.3) = 2.135

答案

y(0.3) = 2.135
15.卷积与线性时不变系统

答案: y(0.8) = 0.3927

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)。

与阶跃的卷积

y(t) = 2·∫₀ᵗ e−5τ dτ = (2/5)·(1 − e−5t)

求值

y(0.8) = 0.4·(1 − e−4) = 0.3927

答案

y(0.8) = 0.3927
16.卷积与线性时不变系统

答案: h(0.25) = 0.4104

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 + 10)

冲激响应

h(t) = 5·e−10tu(t)
h(0.25) = 5·e−2.5 = 0.4104

答案

h(0.25) = 0.4104

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