第六章

6.1

由备注中的结论:

  1. 2nu(n)Z2z2z1,|z|>12.

  2. 2nu(n1)Z2z2z1,|z|<12.

  3. (3)nu(n)Zzz+3,|z|>3.

  4. 这里求双边 z 变换:δ(n+1)Zn=+δ(n+1)zn=z,|z|<.

  5. δ(n)18δ(n3)Z118z3,|z|>0.

  6. 法一:直接由定义与等比数列求和公式

    2nu(n)2nu(n10)Z1(2z)101(2z)1,|z|>0.

    法二:利用微分性质

    F(z)=zz12zz10z12=1(2z)101(2z)1,|z|>0.

  7. (2n+3n)u(n)Zzz12+zz3,|z|>3.

  8. 由备注中的结论有,

    sin(nπ2+π4)u(n)=22(sinnπ2+cosnπ2)u(n)Z22z2+zz2+1,|z|>1.
  9. cos(nπ4)u(n)Zz(z22z)z2z+1,|z|>1.

备注 该题使用的结论及其证明现罗列如下:


6.2

  1. 其 z 变换及其收敛域为

2|n|Zn=1(z2)n+n=0(12z)n=zz2+2z2z1=3z(2z1)(z2),=3z2z25z+2,0.5<|z|<2.
  1. 零极点图的代码及其图像

image-20230606114323164


6.3

  1. x(n)=δ(n).

  2. x(n)=δ(n+3).

  3. x(n)=δ(n1).

  4. x(n)=δ(n)+2δ(n+1)2δ(n2).

  5. x(n)=anu(n).

  6. x(n)=anu(n1).

备注


6.4

  1. 展开 X(z)z=2z+1z+0.5

    于是 X(z)=2+zz+0.5

    从而 x(n)=2δ(n)+(12)nu(n).

  2. X(z)z=z12(z+12)(z+14)=4z+123z+14,

    x(n)=[4(12)n3(14)n]u(n).

  3. x(n)=(21n4n)u(n).

  4. X(z)z=az+(a1a)1z1a.

    x(n)=aδ(n)+(a1a)anu(n).

备注 |z|>|a| 时,有

zzaZanu(n),1zaZan1u(n1),z(za)2Zan1nu(n),1(za)2Zan2(n1)u(n1),z(za)k+1Zank(nk)u(n),1(za)kZank(n1k1)u(n1),(zza)kZan(n+k)(k)n!u(n),(z+az)kZan(kn)u(nk).

6.5

由长除法:

  1. x(n)={1,3,7,}.

  2. x(n)={1,32,94,}.

  3. x(n)={0,1,2,}.

备注


6.6

  1. X(z)=8zz1z(z12)26zz12.

  2. x(n)=[8(2n+6)2n]u(n).

  3. x(n)=[(2n+6)2n8]u(n1).

  4. x(n)=8u(n1)(2n+6)2nu(n).

备注 |z|<|a| 时,有

zzaZanu(n1),z(za)2Zan1nu(n1),z(za)k+1Zank(nk)u(n1),

6.7

  1. X(z)z=1(z1)2(z+1)=14(z+1)+12(z1)214(z1).

    x(n)=(1)n+2n14u(n).

  2. X(z)z=1(z6)2.

    x(n)=6n1nu(n).

  3. X(z)=n=0znn!=n=0zn(n)!.

    x(n)=u(n)(n)!.

  4. 由 6.1 备注中的结论:

    x(n)=[cos(ωn)+1+cosωsinωsin(ωn)]u(n)=sin(n+1)ω+sin(nω)sinωu(n)

 

备注 eazZan(n)!u(n).


6.8

X(z)=3z2z25z+2=3z(2z1)(z2)=zz12zz2.
  1. 右边序列:x(n)=[2n2n]u(n).

  2. 左边序列:x(n)=[2n2n]u(n1).

  3. 双边序列:x(n)=2nu(n)+2nu(n1).

零极点图如下图所示:

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6.9

  1. 思路一:求 z 逆变换.

    • X(z)z=z2+z+1z(z1)(z2)=12z3z1+72(z2).

    • x(n)=12δ(n)3u(n)+722nu(n)

    • 因此 x(0)=1x() 不存在.

    思路二:特值定理

    • x(0)=limzX(z)=1.

    • 由于极点绝对值大于 1,x() 不存在.

  2. x(0)=limzX(z)=1.

    x()=limz1(z1)X(z)=0.

  3. x(0)=limzX(z)=0.

    x()=limz1zz0.5=2.


6.10

  1. X(z)=ln(1+az)=az1a2z22+a3z33.

  2. x(n)=(1)n+1annu(n1).

备注 类似的,有以下结论:


6.11

  1. 思路一:利用定义,x(n)Z1z81z1.

    思路二:平移性质,x(n)Zzz7z1.

  2. 思路一:利用定义——裂项相消,或者逐项求导

    思路二:微分性质,由 u(n)Z1+1z1,有

    {nu(n)Zz(z1)2,n2u(n)Zz2+z(z1)3.n(n1)u(n)Z2z(z1)3.

    思路三:由卷积定理可得. 实际上,由数学归纳法有

    z(za)k+1Zank(nk)u(n),

    k=2,即得 n(n1)u(n)Z2z(z1)3.

  3. 思路一:利用微分性质,x(n)=(n+1)u(n)Zz2(z1)2.

    思路二:利用卷积定理,x(n)Z(zz1)2.

  4. 见 6.10 备注,由幂级数展开得到 x(n)Zlnzbza.

  5. annu(n1)Zlnzza 与位移性质得 x(n)Zzalnzza.

  6. 利用微分性质和尺度性质(见本题备注中的结论),有 x(n)Zz2z2+14.

  7. 思路一:利用定义与差比数列求和公式.

    思路二:利用卷积定理(或直接由第二问中提到的结论).

    思路三:利用微分性质,x(n)Zz(z+1)2.

  8. 思路一:利用定义,x(n)Zz2+2z+3z3.

    思路二:利用时移性质.

备注


6.12

limnx(n)=limz1b(z1)(zz1zzeaT)=b.

6.13

  1. Y(z)=zzabbz=bba(zzazzb).

    y(n)=bba[anu(n)+bnu(n1)].

  2. Y(z)=z1za=za2(za)1az1a2.

    y(n)=an2u(n)aδ(n1)a2δ(n)=an2u(n2).

  3. Y(z)=zzaz2z1=z+a2a1zza+11azz1.

    y(n)=δ(n+1)+an+21a1u(n)=1an+21au(n+1).

备注 第一问应当注意收敛域;并不严谨.


6.14

  1. ieb(1+e2iw0)z22(ebz1)(z+eiw0)(1+eiw0z).

备注 不想做这题.


6.15

  1. Y(z)2.5(z1Y(z)1)+z2Y(z)z1+1=0,

    Y(z)=z13.512.5z1+z2=z(13.5z)(z0.5)(z2)=0.5zz0.54zz2.

    y(n)=0.5n+12n+2.

  2. Y(z)z1Y(z)2(z2Y(z)+3)=0,

    Y(z)=61z12z2=6z2(z2)(z+1)=4zz2+2zz+1,

    y(n)=2n+2+2(1)n.

  3. Y(z)+0.1(z1Y(z)+4)0.02(z2Y(z)+4z1+6)=10zz1,

    Y(z)=z9.72z2+0.36z0.08(z1)(z2+0.1z+0.02),

  4. Y(z)0.9z1Y(z)=0.05zz1,

    Y(z)=z0.05z(z1)(z0.9)=0.5zz10.45zz0.9,

    y(n)=0.50.450.9n.

  5. Y(z)+5z1Y(z)=z(z1)2,

    Y(z)=zz(z1)2(z+5)=5z36(z+5)+z6(z1)2+5z36(z1),

    y(n)=[n6+536536(5)n]u(n).

  6. (z2Y(z)z2z)(zY(z)z)2Y(z)=zz1,

    Y(z)=z(z2z+1)(z1)(z2)(z+1)=zz2z2(z1)+z2(z+1),

    y(n)=[2n12+12(1)n]u(n).

备注


6.16

  1. 8z22z3=(2z+1)(4z3),故为稳定.

  2. 2z2+5z+2=(2z+1)(z+2),故为不稳定.

  3. 2z2+z1=(2z1)(z+1),故为临界稳定.

  4. z2z+1=(z1j32)(z1+j32),故为临界稳定.


6.17


6.18

  1. Y(z)=zz+1,

    h(n)=(1)nu(n).

    系统临界稳定.

  2. 思路一(直接求卷积):y(n)=x(n)h(n)=5[1+(1)n]u(n).

    思路二(用卷积定理)

    Y(n)=10zz1zz+1=5zz1+5zz+1,

    y(n)=5[1+(1)n]u(n).


6.19

  1. y(n)y(n1)+12y(n2)=x(n1).

  2. H(z)=zz2z+0.5.

    image-20230613124930940

  3. αnsin(ωn)Zαzsinωz22αzcosω+α2y(n)=21n2sinπ4nu(n).


6.20

  1. H(z)=136z1=z3(z2),

    h(n)=2n3u(n).

  2. H(z)=15z1+8z3,

    h(n)=δ(n)5δ(n1)+8δ(n3).

  3. H(z)=11z2/4=z2(z+0.5)(z0.5)=0.5zz0.5+0.5zz+0.5,

    h(n)=0.5[0.5n+(0.5)n]u(n).

  4. H(z)=113z1+3z2z3=z3(z1)3=zz1+2z(z1)2+z(z1)3,

    h(n)=[1+2n+n(n1)2]u(n)=(n+1)(n+2)2u(n).

  5. H(z)=13z215z1+6z2=1+5z9(z2)(z3)=1zz2+6zz3.

    h(n)=δ(n)2nu(n)+63nu(n).

备注


6.21

  1. H(z)=zz0.5zz10,

  2. 10<|z| 时,

    h(n)=(0.5n10n)u(n).

    因果、不稳定.

  3. 0.5<|z|<10 时,

    h(n)=0.5nu(n)+10nu(n1).

    非因果、稳定.


6.22

  1. y(n)ay(n1)=x(n),

    H(z)=zza,

  2. Y1(z)=z2(za)(z1)=aa1zza1a1zz1,

    y1(n)=an+1a1u(n)+1a1u(n).

  3. Y2(z)=z2(za)(zejω)=ejωejωazzejω+aaejωzza,

    y2(n)=ejωaejωejnωu(n)+aaejωanu(n).


6.23

  1. H1(z)=zz1,

  2. H(z)=(H1+H2)H3=2z(z+1)(z1),

  3. X(z)=1+1z,

  4. Yzs(z)=2z1,

  5. yzs(n)=2u(n1).


6.24 ?

  1. X1(z)=zz0.5,

    Y1(z)=1+azz0.25,

    H(z)=10.5z+az0.5z0.25,

    X2(z)=zz+2,

    Y2(z)=z0.5z+2+az0.5z0.25zz+2,


6.25

  1. H(z)=2+z11+3z1+2z2=z(2z+1)(z+2)(z+1).

    故系统不稳定.

  2. Yzs(z)=z2(2z+1)(z+2)(z+1)(z1)=2zz+2z2(z+1)+z2(z1),

    yzs(n)=[2(2)n0.5(1)n+0.5]u(n).

  3. Yzi(z)=z121+3z1+2z2=z(2z+1)(z+2)(z+1)=zz+13zz+2,

    yzi(n)=[(1)n3(2)n]u(n).