第四章
4.1
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为了利用时移性质,先将函数拆开:
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注:频域卷积难以求解,可利用频域微分性质.
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法一:频域积分
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法二:幂级数展开
备注:使用幂级数展开法时,需要验证展开系数是否满足条件.
与第 11 题相同,
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思路一:频域微分性质
由 ,有 ,于是
思路二:时域卷积性质
利用极限法与特值代入法,计算量不大:
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备注
具体思路参考拉普拉斯变换的性质、拉普拉斯逆变换的求解的笔记.
更严谨而完整的,应该给出拉氏变换的收敛域. 注意有些结果看似不同,但在收敛域交定义域内确是相同的. 本题没有这样的例子.
第 9 题应说明 .
第 11 题不能对两项分别求拉普拉斯变换,因为拉氏变换并不存在. 实际上,有
不存在 其中上式不能用幂级数展开法求解,因为不满足条件.(11 题则满足条件)
右式的积分为柯西主值积分. 由上,特殊的,有
诸如第 20 题的结论,可直接参考笔记. 了解思路后,使用时查表即可. 这里也直接列出吧:
象函数 | 原函数 | 说明 |
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第 20 题中利用到的卷积的结论,也罗列如下:
第 21 题的答案中,右中括号的位置错了.
第 22 题,一般的,有 ,其中 .
4.2
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先考虑
于是 .
拆分后求解:
4.3
拆分后求解:
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直接利用定义(也可以使用性质)
拆开:
法一:由 和时域微分性质,
法二:直接求导,没法一快,但计算量也不大.
先求 .
法一:频域积分
法二:幂级数展开
法三:利用 ,于是 .
之后由尺度性质即有 .
由 4.1 题第 22 问的备注中的结论,.
备注 第六问中用三种方法得到的结果看似不同,但在收敛域与定义域的交集内是相同的.
4.4
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不存在.
不存在.
备注
4.5
法一(直接卷积)
法二(拉普拉斯变换)
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从而部分分式展开求得逆变换.
,
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备注
4.6
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后续思路一:
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后续思路二:
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4.7
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4.8
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备注 以上三题直接卷积其实来的更快. 因为这里每题单独算的话,二者计算量差不多. 但是单位冲激响应只需要计算一次,而用拉氏变换的话需要为每个信号计算拉氏变换. 对于 ,使用卷积的计算量也更小,因为可以直接使用不完全伽马函数的结论.(需要注意大部分情况下是恰好相反的)
4.9
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4.10
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备注 不给出数值写着怪麻烦的,因此本题由 mathematica 求解.
4.11
如下:
如下:
4.12
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4.13
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4.14
由 ,得 .
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备注 相比于前几题,这题是真的善良(各种意义上).
4.15
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备注 周期函数可直接使用结论;周期函数与其他函数相乘,可以从定义与性质出发.
4.16
思路一
思路二
思路三
思路四
以上四种形式是等价的.
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4.17
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法一(直接卷积):.
法二(拉氏变换):
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4.18
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法一(直接卷积):.
法二(拉氏变换):
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4.19
备注 第四问很重要 ⭐️,应当认为右侧为开路电压,这是合理且默认的条件,否则缺少条件而无法计算. 具体有如下思路:
直接从耦合电感的公式出发.
采用并联电感的互感消去法.
使用空心变压器的等效公式.(T 形电路).
附 MATLAB 绘制图像的函数编写如下,上述问题给出特值后调用即可.
4.20
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4.21