第二章作业

2.1 r0(t)=e0(t)∗h0(t). 以下图略.

  1. r1(t)=2r0(t).

  2. r2(t)=r0(t)−r0(t−2).

  3. r3(t)=r0(t−1).

  4. r4(t)=e0(−t)∗h0(t) 与信号和冲激响应有关, 故不能确定.

  5. r5(t)=r0(−t).

  6. r6(t)=r0″(t).


2.2 f(t)=(t+1)u(t+1)−tu(t)−u(t−1).

  1. f′(t)=u(t+1)−u(t)−δ(t−1).

  2. f″(t)=δ(t+1)−δ(t)−δ′(t−1).

注 标答非本题.


2.3

  1. f″(t)=δ(t)−δ(t−1)−δ(t−2).

  2. f(t)=tu(t)−(t−1)u(t−1)−(t−2)u(t−2).

注


2.4

  1. yzs(t)=t4[u(t)−u(t−4)].

  2. 思路一: 傅里叶变换

    1. yzs(t)=f(t)∗h(t), 于是 Fyzs(t)=Ff(t)Fh(t).

    2. Ff(t)=12πjπ[δ(ω+1)−δ(ω−1)]∗[πδ(ω)+1jω]=jπ2[δ(ω+1)−δ(ω−1)]+12[1ω+1−1ω−1],
  3. 思路二: 拉普拉斯变换

    Lf(t)=∫0+∞sin⁡t⋅u(t)e−stdt=11+s2Lyzs(t)=14s2−(14s2+1s)e−4sLh(t)=Lyzs(t)Lf(t)=14+14s2−(14+14s2+1s+s)e−4sh(t)=tu(t)+δ(t)4−tu(t−4)+δ(t−4)+4δ′(t−4)4=δ(t)−δ(t−4)4−δ′(t−4)+t4[u(t)−u(t−4)].

注

  1. 这样简写一般不会引起歧义.

  2. 用傅里叶变换的话, 计算非常复杂.

  3. 拉普拉斯变换我直接用计算机算的.

  4. 标答最后两项丢了一个 t.


2.5

  1. 无冲激信号及其高阶导数, 故无跳变. r(0+)=r(0−)=0.

    另外,r′(t) 包含的最高阶冲激信号为 u(t),从而 r(t) 中包含的最高阶冲激信号为 tu(t).

  2. 有冲激信号, 有跳变.

    1. 思路一: r′(t) 包含的最高阶冲激信号为 δ(t), 于是对微分方程两端积分, 得 r(0+)=r(0−)+3=3.

    2. 思路二: r(t) 包含的最高阶冲激信号为 u(t) (即 δ(−1)(t)), 设系数为 a, 代入方程得 a=3, 从而 r(0+)=r(0−)+3=3.

    3. 思路三: r(t)=3p+2δ(t)=3e−2tu(t), 于是 r(0+)=3.

  3. 有冲激信号, 有跳变.

    1. 思路一: r″(t) 包含的最高阶冲激信号为 δ(t), 系数为 1,

      1. 对两端积分, 得 r′(0+)=r′(0−)+1.

      2. 再次积分, 有 r(0+)=r(0−)=0.

注 第三问忘了给出 r′(0−).


2.6

  1. 特征方程为 p3+7p2+15p+9=(p+1)(p+3)2.

  2. 于是齐次通解为 yzi(t)=C1e−t+(C2+C3t)e−3t.

  3. 代入初值解得 yzi(t)=6e−t−4e−3t−5te−3t.

注 若要计算零状态响应, 可用传输算子 H(p)=−341p+1+1141p+3+321(p+3)2.


2.7

e−2tu(t)∗tnu(t)∗[δ″(t)+3δ′(t)+2δ(t)]∗e−tu(t)=(e−t−e−2t)u(t)∗[δ″(t)+3δ′(t)+2δ(t)]∗tnu(t)=0

注


2.8 首先解得零状态响应与零输入响应:

{yx(t)+yx(0)=(2e−3t+sin⁡2t)u(t),2yx(t)+yx(0)=(e−3t+2sin⁡2t)u(t).⇒{yx(t)=(sin⁡2t−e−3t)u(t),yx(0)=3e−3tu(t).
  1. y1(t)=(5.5e−3t+0.5sin⁡2t)u(t).

  2. y2(t)=3e−3tu(t)+(sin⁡2(t−t0)−e−3(t−t0))u(t−t0).

注 标答漏写了 u(t−t0).


2.9

e−tu(t)∗tnu(t)∗δ″(t)∗e2tu(−t)=tnu(t)∗δ″(t)∗∫−∞+∞e3x−tI{x<0,x<t}dx=tnu(t)∗δ″(t)∗e−tu(t)+e2tu(−t)3=tnu(t)∗δ″(t)∗e2t+(e−t−e2t)u(t)3=tnu(t)∗e−tu(t)+4e2tu(−t)3

注

e−αtu(t)∗tnu(t)=∫−∞+∞e−α(t−x)xnI{0<x<t}dx=e−αtu(t)∫0teαxxndx

2.10

  1. e(t)=tu(t)−(t−1)u(t−1)−(t−3)u(t−3)+(t−4)u(t−4).

  2. 暂记 r1(t)=e−tu(t)∗tu(t)=(e−t+t−1)u(t).

  3. 于是 r(t)=r1(t)−r1(t−1)−r1(t−3)+r1(t−4).


2.11

  1. 思路一: 传输算子法.

    1. iR+Ldidt=1C∫−∞tidt=f(t).

    2. (p2+5p+6)i(t)=δ(t).

    3. izs(t)=δ(t)p+2−δ(t)p+3=(e−2t−e−3t)u(t).

  2. 思路二: 拉普拉斯变换法.

    1. i(s)=1s5+s+6s=1s2+5s+6=1s+2−1s+3.

    2. izs(t)=(e−2t−e−3t)u(t).

注 标答有误 (甚至方向都错了).


2.12

  1. r(t)=2pp+3δ(t)=2δ(t)−6p+3δ(t)=2δ(t)−−6e−3tu(t).

  2. r(t)=p2+3p+3p+2=(p+1+1p+2)δ(t)=δ′(t)+δ(t)+e−2tu(t).


2.13

[δ(t)+bδ(t)]∗e−btu(t)∗tnu(t)=(b+1)e−btu(t)∫0tebxxndx=(b+1)e−btu(t)(−b)n+1γ(n+1,−bt)

注


2.14

tau(t)∗tbu(t)=u(t)∫0txa(t−x)bdx=B(a+1,b+1)ta+b+1u(t),

代入 a=2,b=3 即得原式 =Γ(3)Γ(4)Γ(7)t6u(t)=t6u(t)60.

注 好, 这下欧拉积分都齐了.


2.15

f(t)∗δT(t)=∑n=−∞+∞f(t−nT),

具体就不展开了, 参考第二次翻转课堂练习题第五题.


2.16

u(t)∗e−λtu(t)=u(t)∫0te−λxdx=1−e−λtλu(t).

注 我是显微镜, 标答把 t 写成 τ 了.


2.17

  1. 当 t=0− 时, 电流源被电感短路.

  2. 当 t>0 时,

    1. 求 uC.

      1. 思路一: 解 2=uC3+duCdt.

      2. 思路二: 由三要素法, uC=6(1−e−t3)u(t).

    2. 求 uL.

      1. 思路一: 解微分方程.

      2. 思路二: 由三要素法, uL=−e−t4u(t).

    3. 于是 uac(t)=6(1−e−t3)u(t)+e−t4u(t).


2.18

以下只考虑 t>0 的情况.

  1. 齐次通解为 y(t)=Ce−3t, 代入初值 y(0−)=1.5, 得 yzi(t)=1.5e−3t.

  2. 全解为 y(t)=Ce−3t+1, 代入初值 y(0−)=0, 得 yzs(t)=1−e−3t.

  3. 全响应为 y(t)=1+0.5e−3t.


2.19

f1(t)=I{−2<t<2}f2(t)=12I{0<t<2}f1(t)∗f2(t)=12∫−∞+∞I{−2<x<2,t−2<x<t}dx={0,t<−2,t+22,−2≤t<0,1,0≤t<2,4−t2,2≤t<4,0,4≤t.

2.20

h(t)=Mp(L2−M2)p2+2RLp+R2δ(t)=121(L−M)p+Rδ(t)−121(L+M)p+Rδ(t)=12(e−RL−MtL−M−e−RL+MtL+M)u(t).

2.21

  1. 0<t<3,

    1. uC(t)=10(1−e−t5)u(t) V.

    2. iC(t)=e−t5u(t) A.

  2. t=3,

    1. uC(t)≈4.51188 V.

    2. iC(t)≈0.548812A.

  3. t≥3,

    1. uC(t)≈(103+1.17855e−3(t−3)5)u(t−3) V.

    2. iC(t)≈−0.353565e−3(t−3)5u(t−3).

注


2.22

sin⁡(t)u(t)∗h(t)=2tu(t)−4(t−1)u(t−1).

  1. 思路一: 傅里叶变换

  2. 思路二: 拉普拉斯变换

    1. L[sin⁡(t)](s)=∫0+∞sin⁡(t)e−stdt=1s2+1.

    2. L[yzs(t)](s)=2−4e−ss2.

    3. L[h(t)](s)=2−4e−s+2−4e−ss2.

    4. h(t)=2δ(t)−4δ(t−1)+2tu(t)−4(t−1)u(t−1).

提问 标答的思路是什么? ⭐️

注 恼恼, 怎么又要求卷积的逆. 好, 我推一下.

  1. 三角函数的拉普拉斯变换

∫e(a+bi)xdx=a−bia2+b2e(a+bi)x+C,∫eaxcos⁡bxdx=acos⁡bx+bsin⁡bxa2+b2eax+C,∫eaxsin⁡bxdx=asin⁡bx−bcos⁡bxa2+b2eax+C.

于是有

L[sin⁡ωt](s)=ωs2+ω2,L[cos⁡ωt](s)=ss2+ω2.
  1. 幂函数的拉普拉斯变换

L[tn](s)=∫0+∞tne−stdt=n!sn+1.
  1. 时移性质

若 F(s)=L[f(t)u(t)], 则

L[f(t−t0)u(t−t0)](s)=∫0+∞f(t−t0)u(t−t0)e−stdt=F(s)e−st0.
  1. 频移性质

L[f(t)e−s0t](s)=F(s+s0).

2.23

  1. t=0−,

    1. iL(0−)=1 A.

    2. uC(0−)=6 V.

  2. t>0,

    1. 10=uC+4(15uC′+iL)=iL′+6iL+45(iL″+6iL′+5iL).

      4i″+29i′+50i=50.

    2.  

注 这里算的有问题了. ⭐️


2.24

  1. h(t)=2e−2tu(t).

    yzs(t)=x1(t)∗h(t)=2(e−t−e−2t)u(t).

    yzi(t)=y1(t)−yzs(t)=2e−2tu(t).

  2. yzi(t)=4e−2tu(t).

    yzs(t)=2δ(t)−4e−2tu(t).

    y2(t)=2δ(t).


2.25

  1. rf(t)=(cos⁡2t−e−t)u(t).

  2. r(t)=(4cos⁡2t−e−t)u(t).


2.26

  1. g′(t)+rzi(t)=δ(t)+e−tu(t).

  2. g(t)+rzi(t)=3e−tu(t).

  3. g′(t)−g(t)=δ(t)−2e−tu(t).

  4. g(t)=e−tu(t). (一般方法?)

  5. h(t)=δ(t)−e−tu(t).

  6. rzi(t)=2e−tu(t).

  7. x3(t)=t(u(t)−u(t−1)).

  8. y3(t)=x3(t)∗h(t)+rzi(t).

  9. y3(t)=(1+e−t)u(t)−u(t−1).