
- •1. Дифференциальные уравнения. Геометрическая интерпретация решения.
- •2. Нормальная система дифференциальных уравнений.
- •3. Линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами.
- •4. Системы линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами.
- •5. Комплексные числа, их геометрическая интерпретация.
- •6. Возведение в степень и извлечение корня.
- •8. Производная функции комплексного переменного.
- •9. Условия Коши-Римана.
- •10. Геометрический смысл аргумента и модуля производной.
- •11. Понятие об интеграле функции комплексного переменного.
- •12. Интегральная теорема Коши.
- •13. Формула Коши. Теорема о среднем.
- •14. Ряды Тейлора и Лорана.
- •15. Особые точки. Классификации особых точек.
- •16. Понятие о вычете. Общая формула определения вычета относительно полюса.
- •17. Интеграл Лапласа. Аналитичность изображения.
- •18. Формула обращения.
- •19. Свойства преобразования Лапласа.
- •20. Свертка функций.
- •21. Определение оригинала по изображению.
- •22. Решение линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами с помощью преобразования Лапласа.
- •23. Прямое и обратное преобразование Фурье.
20. Свертка функций.
Пусть заданы две функции
и
,
определенные на всей действительной
оси. Времяtменяется от
до
.
(1)
Введем новую функцию, которую назовем
сверткой двух функций
и
.
(2)
Считается это следующим образом:
- свернутая с функцией
.
Для получения свертки
и
следует заменить переменнуюtна
,
затем в функции
аргумент
заменить на
,
то есть образовать
,
перемножить две функции, а затем взять
интеграл.
Основные свойства свертки функций:
Свертывание двух функций обладает свойством коммутативности. То есть:
(3)
Доказательство
Докажем, что
Обозначим
и
запишем:
Свойство коммутативности свертки аналогично свойству коммутативности двух чисел.
Свойство ассоциативности.
Если заданы
,
то справедливо следующее соотношение:
(4)
Введем обозначения:
и
Свойство (4) будет доказано, если будет установлено следующее равенство:
(5)
Подставим
в функцию
:
Вводим
и получаем:
Меняем порядок интегрирования и получаем:
Так как значение интеграла не зависит от наименования переменной интегрирования, то правая часть этого равенство совпадает с правой частью равенства (5).
3) Свойство дистрибутивности.
Заданы 3 функции
и
,
для них справедливо следующее равенство:
(6)
Доказательство
Имеем
Следовательно, формула (6) справедлива.
Если
и
при
,
то
,
когда
.
И
,
когда
.
Следовательно,
,
когда
.Тогда
свертка функций выглядит так:
(7)
21. Определение оригинала по изображению.
(1)
Обратное преобразование Лапласа определяется по формуле (1). Установим однозначное соответствие между изображением и оригиналом в точках непрерывности f(t).
Пусть F(s)
является изображением, и пусть, когда,
имеет конечное число полюсов.F(s)
удовлетворяет условиям леммы Жордана.
Лемма Жордана.
При F(s),
стремящейся на дугек нулю при
равномерно относительноargsпри любом положительном
значенииt, имеем:
(2)
Где
- часть окружности с радиусомR,
находится в полуплоскости
.
А теперь, применяя теорему о вычете, получаем:
(3)
Так как изображение F(s)
является оригиналом, где,
то все полюсы находятся на прямой,
параллельной мнимой оси и проходящее
через точку
.
При
следует
положить, чтоf(t)
тождественно равна нулю. Следовательно,
при
согласно
лемме Жордана справедливо:
(4)
При этом
- часть окружностиCс
радиусомR, который
находится в полуплоскости
.
Следовательно, при
справедливо:
Так как изображение F(s) – аналитическая функция, для которой сумма вычетов равна нулю.
22. Решение линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами с помощью преобразования Лапласа.
Имеется линейное дифференциальное уравнение:
(1)
Заданы начальные условия:
Алгоритм нахождения обыкновенных линейных неоднородных дифференциальных уравнений.
Алгоритм решения дифференциальных уравнений второго порядка.
(2)
23. Прямое и обратное преобразование Фурье.
Совокупность операций, которые позволяют
по f(t) найти
соответствующую ей спектральную
характеристикуназывается
преобразованием Фурье.
Преобразование Фурье задается формулой:
(1)
Символически преобразование Фурье будет обозначаться следующим образом:
(2)
Интеграл правой части уравнения (1) понимается как главное значение:
Равенство (1) устанавливает связь между
функцией f(t),
аргументом которой является действительное
числоtи комплексная
функция,
в качестве аргумента которой играет
частота
.
Пример
Найти спектральную характеристику
.
При этом
и
это действительное число.
Решение
Заданная функция на всей оси времени tкусочно – непрерывна и абсолютно непрерывна, поэтому она преобразуема по Фурье.
Покажем, что интеграл (1) абсолютно и
равномерно по отношению к параметру
сходится.
Для этого надо оценить интеграл по
модулю: