6.Операционное исчисление
47.Проверить, являются ли оригиналами функции:
a) f(t) = η(t) cos t; |
b) f(t) = η(t) t3; |
c) f(t) = η(t) 2e5t; |
|||||||||
|
η(t) |
|
|
|
|
t |
|
3 |
|||
d) f(t) = |
|
|
; |
e) f(t) = η(t) 34 ; |
f) f(t) = η(t) et ; |
||||||
t − 2 |
|||||||||||
g) f(t) = η(t) 2e−5t; h) f(t) = |
η(t) |
|
; i) f(t) = η(t) ch 2t; |
||||||||
t + 3 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
j) f(t) = η(t) tg t; |
k) f(t) = e(2+4i)t; |
l) f(t) = η(t) e(2+4i)t; |
|||||||||
m) f(t) = η(t) ln(1 + t); n) f(t) = η(t) ln(t); |
|||||||||||
|
sin t |
p) f(t) = η(t) bt, b > 0, b ̸= 1. |
|||||||||
o) f(t) = η(t) |
|
|
|
; |
|||||||
|
t |
|
|||||||||
48. Пользуясь определением, найти изображения функций: a) f(t) = η(t) t2; b) f(t) = η(t) e3−t; c) f(t) = η(t) cos 2t.
49. Найти изображения, используя свойство линейности:
a) f(t) = 1 + 2t + 5t2; c) f(t) = 4 cos 2t sin 5t; e) f(t) = 8 cos4 t;
g) f(t) = sin t sin 3t; i) f(t) = sh tch t;
b) f(t) = −6 cos2 3t; d) f(t) = sin3 3t;
f) f(t) = −t3 + 12e−4t; h) f(t) = sin 2t cos 4t;
j) f(t) = 12ch2t.
50. Найти изображения, пользуясь теоремой смещения:
a) f(t) = et sin t; |
b) f(t) = e−4t cos 3t; |
|
|
c) f(t) = t2e−5t; |
d) f(t) = sh t sin 4t; |
2te−t. |
|
e) f(t) = te3t + et sin2 3t; |
f) f(t) = et cos 6t |
− |
|
|
|
|
|
51. Найти изображения, применяя теорему о дифференцировании изображения:
a) f(t) = t sin t; |
b) f(t) = t2sh3t; |
c) f(t) = (t + 1) sin t; |
d) f(t) = t2 cos t; |
e) f(t) = t sin t cos 4t; |
f) f(t) = t3e−5t. |
14
52. Пользуясь теоремой о дифференцировании оригинала, найти
изображения дифференциальных уравнений: a) x′ + x = et, x(0) = 1;
b) x′ + 2x = sin t, x(0) = 0;
c) x′′ + x = cos t, x(0) = −1, x′(0) = 1;
d) x′′′ + x = 0, x(0) = 0, x′(0) = −1, x′′(0) = 2; e) x′′ − x′ = tet, x(0) = x′(0) = 0;
f) x(4) − x′′ = 1, x(0) =, x′(0) = x′′(0) = x′′′ = 0; g) x′′ + x = tet + 4 sin t, x(0) = x′(0) = 0.
53.Пользуясь теоремой об интегрировании оригинала, найти изображения интегралов:
t |
|
|
t |
|
|
t |
|
a) f(t) = Z0 |
τ sin τdτ; |
b) f(t) = Z0 |
τ2e3τdτ; c) f(t) = Z0 |
sin2 τdτ; |
|||
|
t |
|
|
|
t |
|
|
d) f(t) = Z0 |
(τ + 2) cos2 τdτ; |
f) f(t) = Z0 |
τch2τdτ. |
||||
54.Используя теорему об интегрировании изображения, найти изображения:
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
sin2 t |
|
|
|
a) f(t) = |
sin t |
; b) f(t) = Z0 |
sin |
τ |
dτ; c) f(t) = |
; |
|
|||||||
t |
|
τ |
|
|
t |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
d) f(t) = |
1 − cos t |
; e) f(t) = |
et − 1 − t |
; f) f(t) = Z0 |
|
eτ − e−τ |
dτ. |
|||||||
t |
t |
τ |
||||||||||||
55.Найти значения несобственных интегралов, пользуясь теоремой об интегрировании изображения:
Z0 |
t |
||
∞ |
e−at − e−bt |
|
|
a) |
dt, (a > 0, b > 0); |
||
|
|||
15
∞Z
b) cos at − cos btdt, (a > 0, b > 0); t
0
∞Z
c) sin at sin btdt, (a > 0, b > 0); d) t
∞Z
sint tdt.
0 |
0 |
56.Построить графики функций и найти их изображения, пользуясь теоремой запаздывания:
a) f(t) = η(t − 3) sin2(t − 3); c) f(t) = η(t − 2) t2;
e) f(t) = η(t − 7) e2t−14; g) f(t) = η(t − π) sin t; i) f(t) = η(t − 2) (t − 1)2;
b) f(t) = η(t) t2;
d) f(t) = η(t − 2) et;
f) f(t) = η(t) sin(t − π/4);
h) f(t) = η(t − 1) (t2 + 2t − 1); j) f(t) = η(t − π/2) cos2 t.
57.Найти изображения функций, заданных графически, пользуясь теоремой запаздывания:
1 |
|
r@@ |
|
|
1 |
|
|
r@@ |
|
1 r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
f(t) |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f(t) |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f(t) |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
a |
) |
|
r |
|
|
|
@2r - |
t |
|
|
|
b) |
|
1r |
|
|
|
|
|
|
|
|
@3r - |
t c) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
t |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
||||||||||||||||
f(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f(t) |
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3π |
|
|
t |
|
|||||||
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 4 |
|
|
4 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
d) |
|
1 |
|
|
r |
|
sin t |
|
|
2 |
rQQ |
|
|
|
|
|
|
|
t f) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
- |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
e) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3π |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
πr |
- |
t |
|
2 |
|
|
Q5r |
- |
|
1 |
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
sin(t − 4 |
) |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
f(t) |
|
6 |
|
|
|
|
r |
|
|
|
f(t) |
|
6 |
|
r |
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f(t) |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
2r |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
et−2 |
1 |
|
r |
1r |
|
|
|
|
|
|
|
2r |
3r - |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
g) |
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
th |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
t |
i) |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
f(t) |
@ |
|
r |
@ |
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
j) |
|
@ |
|
@ |
|
|
|
T = 1, 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
@@ -
1 2 3 t
16
58.Найти изображения интегралов, пользуясь теоремой о св¼ртке:
Rt |
|
Rt |
|
R0t |
|
t |
et−τ sin τdτ; |
t |
eτ sin(t − τ)dτ; |
t |
|
a) |
b) |
c) (t − τ)2sh τdτ; |
|||
0 |
|
0 |
|
f) R0 |
|
d) R0 |
e3(t−τ)τ2dτ; |
e) R0 |
τ3ch 7(t − τ)dτ; |
τ cos 2(t − τ)dτ. |
|
59. Найти оригиналы и построить их графики по заданным изоб-
ражениям: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
a) F (p) = |
pe−p |
|
|
|
; b) F (p) = |
|
|
e−3p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
p2 + 4p + 5 |
p + 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
e−2p |
|
|
|
|
|
e−p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
c) F (p) = |
|
|
|
|
, |
d) F (p) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
p2 + 4p + 3 |
|
|
p2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
60. Найти оригиналы по заданным изображениям: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2p + 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
a) F (p) = |
|
|
|
; |
|
|
|
b) F (p) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
p3 + 2p2 + p |
|
|
p3 + 4p2 + 5p |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
c) F (p) = |
1 |
|
|
|
|
|
|
d) F (p) = |
|
|
|
|
e−p |
|
+ |
|
pe−2p |
||||||||||||||||||||
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|||||||||||||||||||
p2(p2 + 1) |
|
|
|
|
p2 − 2p + 5 |
p2 + 9 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
e) F (p) = |
|
|
p |
|
|
|
|
f) F (p) = |
|
|
1 |
|
|
|
(e−2p + 2e−3p + 3e−4p); |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
(p2 + 1)2 ; |
|
|
|
|
p2 + 1 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
g) F (p) = |
1 |
|
|
|
; |
h) F (p) = |
|
|
|
|
e−p |
+ |
pe−2p |
; |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
p |
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
− |
4 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
(p − 1) (p + 2) |
|
|
|
|
|
|
− 1 p |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
e−p/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
e−p |
|
2e−2p |
|
|
|
6e−3p |
||||||||||||||||
i) F (p) = |
|
; j) F (p) = |
|
|
|
|
+ |
|
|
+ |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
p(p + 1)2(p2 + 4) |
|
|
|
p2 |
p3 |
|
|
p4 . |
|||||||||||||||||||||||||||||
61. Найти решения дифференциальных уравнений с заданными
начальными условиями: a) x′ + x = et, x(0) = 1;
b) x′ + 2x = sin t, x(0) = 0;
17
c) x′′ + x = cos t, x(0) = −1, x′(0) = 1;
d) x′′′ + x = 0, x(0) = 0, x′(0) = −1, x′′(0) = 2; e) x′′ − x′ = tet, x(0) = x′(0) = 0;
f) x(4) − x′′ = 1, x(0) =, x′(0) = x′′(0) = x′′′ = 0; g) x′′ + x = tet + 4 sin t, x(0) = x′(0) = 0.
62. Найти решения дифференциальных уравнений с заданными начальными условиями и графически заданной пра-
вой частью: |
|
|
|
f(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
a) x′′ + 9x = f(t); x(0) = 0, x′(0) = 1; |
|
1 |
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
- |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
||||||||||||||||
|
|
|
|
f(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
b) x′′ + x = f(t); x(0) = 0, x′(0) = 0; |
|
1 |
|
r |
|
|
|
|
|
|
cos t |
|
|
|
|
|
|
|
π- |
t |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
c) x′′ + x = f(t); x(0) = 0, x′(0) = 0;
d) x′′ − x = f(t); x(0) = 0, x′(0) = 0;
|
|
|
f(t) |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e−t |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1r |
- |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
f(t) |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π t |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
r |
|||||||||
18
63.Найти решения однородных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, применяя теорему о дифференцировании изображения:
a) tx′′ + (2t − 1)x′ + (t − 1)x = 0;
b) x′′ + (t + 1)x′ + tx = 0, x(0) = 1, x′(0) = −1.
64.Найти решения дифференциальных уравнений, применяя формулу Дюамеля:
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||
a) x′′ − x = |
|
|
|
, x(0) = x′(0) = 0; |
|||||||
et + 3 |
|||||||||||
b) x′′ − x′ = |
|
|
|
e2t |
|
|
|
, |
x(0) = x′(0) = 0; |
||
|
|
(1 + et)2 |
|||||||||
c) x′′ − x′ = |
1 |
|
|
, x(0) = x′(0) = 0; |
|||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
1 + et |
|||||||||
d) x′′ + x′ = |
1 |
|
|
, |
x(0) = x′(0) = 0; |
||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
2 + cos t |
|||||||||
e) x′′ + x = e−t2, |
|
x(0) = x′(0) = 0. |
|||||||||
65. Найти решения |
|
систем дифференциальных уравнений |
|||||||||
с заданными начальными условиями: |
|||||||||||
a) |
x′+ y′ = 0, |
y(0) = −1; |
|||||||||
|
x + y = 0, |
x(0) = 1, |
|||||||||
b) |
x′ +′ 4y′ + 3y′ |
= 0, |
y(0) = 0; |
||||||||
|
3x + 2x + y |
= 1, |
x(0) = 0, |
||||||||
c) |
y′′ + 2x + 2y =−2e−4t, y(0) = 0; |
||||||||||
|
x + x + y = e 2t, |
x(0) = 0, |
|||||||||
d) |
2x′′ + x − y′ = −3 sin t, x(0) = 0, x′(0) = 1, |
||||||||||
|
x + y′ = − sin t, |
y(0) = 0; |
|||||||||
e) |
x′′ − y′ = 0, |
|
|
|
|
x(0) = −1, x′(0) = 1, |
|||||
|
x − y′′ |
= 2 sin t, y(0) = 1, y′(0) = 1; |
|||||||||
19
