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(t2).

  3. r3(t)=r0(t1).

  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(t1).

  1. f(t)=u(t+1)u(t)δ(t1).

  2. f(t)=δ(t+1)δ(t)δ(t1).

标答非本题.


2.3

  1. f(t)=δ(t)δ(t1)δ(t2).

  2. f(t)=tu(t)(t1)u(t1)(t2)u(t2).


2.4

  1. yzs(t)=t4[u(t)u(t4)].

  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(ω1)][πδ(ω)+1jω]=jπ2[δ(ω+1)δ(ω1)]+12[1ω+11ω1],
  3. 思路二: 拉普拉斯变换

    Lf(t)=0+sintu(t)estdt=11+s2Lyzs(t)=14s2(14s2+1s)e4sLh(t)=Lyzs(t)Lf(t)=14+14s2(14+14s2+1s+s)e4sh(t)=tu(t)+δ(t)4tu(t4)+δ(t4)+4δ(t4)4=δ(t)δ(t4)4δ(t4)+t4[u(t)u(t4)].

  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)=3e2tu(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.

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)=C1et+(C2+C3t)e3t.

  3. 代入初值解得 yzi(t)=6et4e3t5te3t.

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

e2tu(t)tnu(t)[δ(t)+3δ(t)+2δ(t)]etu(t)=(ete2t)u(t)[δ(t)+3δ(t)+2δ(t)]tnu(t)=0


2.8 首先解得零状态响应与零输入响应:

{yx(t)+yx(0)=(2e3t+sin2t)u(t),2yx(t)+yx(0)=(e3t+2sin2t)u(t).{yx(t)=(sin2te3t)u(t),yx(0)=3e3tu(t).
  1. y1(t)=(5.5e3t+0.5sin2t)u(t).

  2. y2(t)=3e3tu(t)+(sin2(tt0)e3(tt0))u(tt0).

标答漏写了 u(tt0).


2.9

etu(t)tnu(t)δ(t)e2tu(t)=tnu(t)δ(t)+e3xtI{x<0,x<t}dx=tnu(t)δ(t)etu(t)+e2tu(t)3=tnu(t)δ(t)e2t+(ete2t)u(t)3=tnu(t)etu(t)+4e2tu(t)3

eαtu(t)tnu(t)=+eα(tx)xnI{0<x<t}dx=eαtu(t)0teαxxndx

2.10

  1. e(t)=tu(t)(t1)u(t1)(t3)u(t3)+(t4)u(t4).

  2. 暂记 r1(t)=etu(t)tu(t)=(et+t1)u(t).

  3. 于是 r(t)=r1(t)r1(t1)r1(t3)+r1(t4).


2.11

  1. 思路一: 传输算子法.

    1. iR+Ldidt=1Ctidt=f(t).

    2. (p2+5p+6)i(t)=δ(t).

    3. izs(t)=δ(t)p+2δ(t)p+3=(e2te3t)u(t).

  2. 思路二: 拉普拉斯变换法.

    1. i(s)=1s5+s+6s=1s2+5s+6=1s+21s+3.

    2. izs(t)=(e2te3t)u(t).

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)6e3tu(t).

  2. r(t)=p2+3p+3p+2=(p+1+1p+2)δ(t)=δ(t)+δ(t)+e2tu(t).


2.13

[δ(t)+bδ(t)]ebtu(t)tnu(t)=(b+1)ebtu(t)0tebxxndx=(b+1)ebtu(t)(b)n+1γ(n+1,bt)


2.14

tau(t)tbu(t)=u(t)0txa(tx)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.

好, 这下欧拉积分都齐了.


2.15

f(t)δT(t)=n=+f(tnT),

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)eλtu(t)=u(t)0teλxdx=1eλtλu(t).

我是显微镜, 标答把 t 写成 τ 了.


2.17

  1. t=0 时, 电流源被电感短路.

  2. t>0 时,

    1. uC.

      1. 思路一: 解 2=uC3+duCdt.

      2. 思路二: 由三要素法, uC=6(1et3)u(t).

    2. uL.

      1. 思路一: 解微分方程.

      2. 思路二: 由三要素法, uL=et4u(t).

    3. 于是 uac(t)=6(1et3)u(t)+et4u(t).


2.18

以下只考虑 t>0 的情况.

  1. 齐次通解为 y(t)=Ce3t, 代入初值 y(0)=1.5, 得 yzi(t)=1.5e3t.

  2. 全解为 y(t)=Ce3t+1, 代入初值 y(0)=0, 得 yzs(t)=1e3t.

  3. 全响应为 y(t)=1+0.5e3t.


2.19

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

2.20

h(t)=Mp(L2M2)p2+2RLp+R2δ(t)=121(LM)p+Rδ(t)121(L+M)p+Rδ(t)=12(eRLMtLMeRL+MtL+M)u(t).

2.21

  1. 0<t<3,

    1. uC(t)=10(1et5)u(t) V.

    2. iC(t)=et5u(t) A.

  2. t=3,

    1. uC(t)4.51188 V.

    2. iC(t)0.548812A.

  3. t3,

    1. uC(t)(103+1.17855e3(t3)5)u(t3) V.

    2. iC(t)0.353565e3(t3)5u(t3).


2.22

sin(t)u(t)h(t)=2tu(t)4(t1)u(t1).

  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)estdt=1s2+1.

    2. L[yzs(t)](s)=24ess2.

    3. L[h(t)](s)=24es+24ess2.

    4. h(t)=2δ(t)4δ(t1)+2tu(t)4(t1)u(t1).

提问 标答的思路是什么? ⭐️

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=abia2+b2e(a+bi)x+C,eaxcosbxdx=acosbx+bsinbxa2+b2eax+C,eaxsinbxdx=asinbxbcosbxa2+b2eax+C.

于是有

L[sinωt](s)=ωs2+ω2,L[cosωt](s)=ss2+ω2.
  1. 幂函数的拉普拉斯变换

L[tn](s)=0+tnestdt=n!sn+1.
  1. 时移性质

F(s)=L[f(t)u(t)], 则

L[f(tt0)u(tt0)](s)=0+f(tt0)u(tt0)estdt=F(s)est0.
  1. 频移性质

L[f(t)es0t](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.  

这里算的有问题了. ⭐️


2.24

  1. h(t)=2e2tu(t).

    yzs(t)=x1(t)h(t)=2(ete2t)u(t).

    yzi(t)=y1(t)yzs(t)=2e2tu(t).

  2. yzi(t)=4e2tu(t).

    yzs(t)=2δ(t)4e2tu(t).

    y2(t)=2δ(t).


2.25

  1. rf(t)=(cos2tet)u(t).

  2. r(t)=(4cos2tet)u(t).


2.26

  1. g(t)+rzi(t)=δ(t)+etu(t).

  2. g(t)+rzi(t)=3etu(t).

  3. g(t)g(t)=δ(t)2etu(t).

  4. g(t)=etu(t). (一般方法?)

  5. h(t)=δ(t)etu(t).

  6. rzi(t)=2etu(t).

  7. x3(t)=t(u(t)u(t1)).

  8. y3(t)=x3(t)h(t)+rzi(t).

  9. y3(t)=(1+et)u(t)u(t1).