南航金城信号与线性系统课后答案 第二章 连续系统的时域分析习题解答
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《信号与系统》作业参考解答第一章(P16-17)1-3 设)(1t f 和)(2t f 是基本周期分别为1T 和2T 的周期信号。
证明)()()(21t f t f t f +=是周期为T 的周期信号的条件为T nT mT ==21 (m ,n 为正整数) 解:由题知)()(111t f mT t f =+ )()(222t f mT t f =+要使)()()()()(2121t f t f T t f T t f T t f +=+++=+则必须有21nT mT T == (m ,n 为正整数) 1-5 试判断下列信号是否是周期信号。
若是,确定其周期。
(1)t t t f πsin 62sin 3)(+= (2)2)sin ()(t a t f =(8)⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=2cos 28sin 4cos )(k k k k f πππ解:(1)因为t 2sin 的周期为π,而t πsin 的周期为2。
显然,使方程n m 2=π (m ,n 为正整数)成立的正整数m ,n 是不存在的,所以信号t t t f πsin 62sin 3)(+=是非周期信号。
(2)因为)2cos 1()sin ()(22t a t a t f -==所以信号2)sin ()(t a t f =是周期π=T 的周期信号。
(8)由于)4/cos(k π的周期为8)4//(21==ππN ,)8/sin(k π的周期为16)8//(22==ππN ,)2/cos(k π的周期为4)2//(23==ππN ,且有16412321=⨯=⨯=⨯N N N所以,该信号是周期16=N 的周期信号。
1-10 判断下列系统是否为线性时不变系统,为什么?其中)(t f 、][k f 为输入信号,)(t y 、][k y 为零状态响应。
(1))()()(t f t g t y = (2))()()(2t f t Kf t y += 解:(1)显然,该系统为线性系统。
《信号与系统》课后习题参考答案第二章 连续信号与系统的时域分析2-9、(1)解:∵系统的微分方程为:)(2)(3)(t e t r t r '=+',∴r(t)的阶数与e(t) 的阶数相等,则h(t)应包含一个)(t δ项。
又∵系统的特征方程为:03=+α,∴特征根3-=α∴)()(2)(3t u Ae t t h t -+=δ∴)]()(3[)(2)(33t e t u e A t t h t t δδ--+-+'=')()(3)(23t A t u Ae t t δδ+-'=-将)(t h 和)(t h '代入微分方程(此时e(t)= )(t δ),得:)()(3)(23t A t u Ae t t δδ+-'-+3)(2)]()(2[3t t u Ae t t δδ'=+-∴A=-6则系统的冲激响应)(6)(2)(3t u et t h t --=δ。
∴⎰⎰∞--∞--==t td ue d h t g τττδτττ)](6)(2[)()(3⎰∞-=t d ττδ)(2⎰∞---t d u e τττ)(63 )()(6)(203t u d e u t t ⎰-∞--=τττ )()3(6)(203t u e t u t --=-τ)()1(2)(23t u e t u t -+=- )(23t u e t -=则系统的阶跃响应)(2)(3t u et g t -=。
2-11、解:①求)(t r zi : ∵系统的特征方程为:0)3)(2(652=++=++αααα,∴特征根:21-=α,32-=α ∴t t zi e C eC t r 3221)(--+= (t ≥0) ②求)(t r zs :t t e A eA t h 3221)(--+= (t ≥0),可求得:11=A ,12-=A (求解过程略) ∴)()()(32t u e e t h t t ---=∴)(*)()(*)()]()[(*)()(*)()(3232t u e t u e t u e t u e t u e e t u e t h t e t r t t t t t t t zs --------=-==)()2121()()(21)()(3232t u e e e t u e e t u e e t t t t t t t -------+-=---= ③求)(t r :)(t r =)(t r zi +)(t r zs ++=--)(3221t te C e C )2121(32t t t e e e ---+- t tt e C e C e 3221)21()1(21---++-+= (t ≥0) ∵)()(t u Ce t r t -=,21=C 21=C ∴ 011=-C , ∴ 11=C0212=+C 212-=C ∴=-)0(r 21211)0(21=-=+=+C C r zi , ='-)0(r 2123232)0(21-=+-=--='+C C r zi 2-12、解:(1)依题意,得:)(2)(*)()(t u e t h t u t r tzi -=+)()()(t t h t r zi δ=+∴)(2)]()([*)()(t u e t r t t u t r t zi zi -=-+δ)(2)()()()1(t u e t r t u t r t zi zi --=-+∴)()12()()()1(t u e t r t r t zi zi -=---,两边求导得:)()12()(2)()(t e t u e t r t r t t zi ziδ-+-=-'-- )(2)()()(t u e t t r t r t zi zi--=-'δ ∴)(11)(112)()()1(t p p t p t t r p zi δδδ+-=+-=- ∴)()(11)(t u e t p t r t zi -=+=δ (2)∵系统的起始状态保持不变,∴)()(t u e t r t zi -=∵)()()(t t h t r zi δ=+,∴)()()(t u e t t h t--=δ∴)]()([*)()()(*)()()(33t u e t t u e t u e t h t e t r t r t t t zi ----+=+=δ )()()(t u te t u e t u e tt t ----+=)()2(t u e t t --= 2-16、证:∑∑∞-∞=--∞-∞=--=-=k k t k t k t u e k t t u e t r )3()3(*)()()3(δ∑∞-∞=--=k k t k t u e e )3(3 ∵当t-3k>0即3t k <时:u(t-3k)为非零值 又∵0≤t ≤3,∴k 取负整数,则:3003311)(---∞=∞=----===∑∑e e e e e et r t k k k t k t 则t Ae t r -=)(,且311--=e A 。
X2.1 (东南大学2002年考研题)一线性时不变连续时间系统,其在某激励信号作用下的自由响应为(e-3t+e-t) (t),强迫响应为(1-e-2t) (t),则下面的说法正确的是______________(A)该系统一定是二阶系统(B)该系统一定是稳定系统(C)零输入响应中一定包含(e-3t+e-t) (t)(D )零状态响应中一定包含(1-e-2t) (t)X2.2(西安电子科技大学2005年考研题)信号f1(t)和f2(t)如图X2.2所示,f=f1(t)* f2(t),则f(-1)等于__________图X2.2X2.3 (西女电子科技大学2005年考研题)下列等式不成立的是(A) f1(t t。
)* f2(t t°) 锂) * f2(t)(B)-J—f1(t)* f2(t) dtd f1(t)dt-J* — f2(t) dt 2(C) f(t)* (t) f (t)(D) f(t)* (t) f (t)答案:X2.1[D] , X2.2[C], X2.3[B]、判断与填空题T2.1 (北京航空航天大学2001年考研题)判断下列说法是否正确,正确的打错误的打“X” 。
(1 )若y(t) f(t)*h(t),则y(2t) 2f(2t)*h(2t)。
[](2)如果x(t)和y(t)均为奇函数,贝U x(t)*y(t)为偶函数。
[](3)卷积的方法只适用于线性时不变系统的分析。
[](4 )若y(t) f(t)*h(t),则y( t) f( t)*h( t)。
[](5)两个LTI系统级联,其总的输入输出关系与它们在级联中的次序没有关系。
[]第二章、单项选择题连续系统的时域分析(C) 1.5 ( D)-0.5(A)T2.2 (华中科技大学2004年考研题)判断下列叙述或公式的正误,正确的在方括号中打“/,错误的在方括号中打“X”。
(1)线性常系数微分方程表示的系统,其输出响应是由微分方程的特解和齐次解组成,或由零输入响应和零状态响应所组成。
第1章基本概念K第1章习题k1.1解:(1)x(t)为周期信号,周期为T=10。
(2)x(t)为非周期信号。
(3)x[n]为非周期信号。
(4)x[n]为周期信号,周期为N=2。
(5)x(t)为非周期信号。
(6)x[n]为周期信号,周期为N=2。
1.2解:(1)x(t)为功率信号。
(2)x(t)既不是能量信号也不是功率信号。
(3)x[n]为能量信号。
(4)x(t)为能量信号。
(5)x(t)为能量信号。
(6)x[n]为能量信号。
1.3略。
1.4略。
1.5(原题有误)一个离散时间系统的激励与响应的关系为y[n]=M∑i=0b i x[n−i]。
用算符S−k代表将信号x[n]平移k个单位时间得到输出信号x[n−k]的系统,即x[n−k]=S−k(x[n])。
写出联系y[n]与x[n]的系统算符T及其可逆系统的算符T inv。
解:提示:可逆系统为y[n]−M∑i=1b i x[n−i]=b0x[n]。
1.6解:(1)因果、无记忆、非线性、时不变、BIBO稳定系统。
(2)因果、无记忆、线性、时变和BIBO稳定系统。
(3)因果、无记忆、线性、时变和非稳定系统。
(4)因果、记忆、线性、时不变和BIBO稳定系统。
(5)因果、无记忆、线性、时变和BIBO稳定系统。
(6)因果、记忆、时不变、非稳定系统。
–2/48–第1章基本概念(7)因果、无记忆、线性、时不变和BIBO稳定系统。
(8)非因果系统、无记忆、线性、时不变、BIBO稳定系统。
1.7证明略。
1.8解:(1)x[n]的响应为{1,1,−1,2,n=0,1,2,3}。
(2)x[n]的响应为{1,1,−3,1,3,−5,2,n=−3∼3}。
(3)x[n]的响应为{1,0,−1,4,−3,2,n=−2∼3}。
1.9证明提示:根据微积分的极限定义证明。
1.10解:(1)x(t)的响应为4(1−e−t)u(t)−6(1−e−t+1)u(t−1)。
(2)x(t)的响应为[2(t+e−t)−2]u(t)。
X 第二章 连续系统的时域分析习题解答2-1 图题2-1所示各电路中,激励为f (t ),响应为i 0(t )和u 0(t )。
试列写各响应关于激励微分算子方程。
解:.1)p ( ; )1(1)p ( , 111 , 1111)( )b (; 105.7)625(3 102 ;)(375)()6253(4)()()61002.041( )a (0202200204006000f i p f p u p f p p p u i f p p p ppf t u pf i p pu i t f t u p t f t u p =+++=++⇒++=+=+++=++=⨯=+⇒⨯==+⇒=++-- 2-2 求图题2-1各电路中响应i 0(t )和u 0(t )对激励f (t )的传输算子H (p )。
解:. 1)()()( ; 11)()()( )b (; 6253105.7)()()( ; 6253375)()()( )a (220 20 40 0 +++==+++==+⨯==+==-p p pp t f t i p H p p p t f t u p H p p t f t i p H p t f t u p H f i f u f i f u2-3 给定如下传输算子H (p ),试写出它们对应的微分方程。
.)2)(1()3()( )4( ; 323)( )3(; 33)( )2( ; 3)( )1( +++=++=++=+=p p p p p H p p p H p p p H p p p H解:; 3d d 3d d )2( ; d d 3d d )1( f tfy t y t f y t y +=+=+. d d 3d d 2d d 3d d )4( ; 3d d 3d d 2 )3( 2222t f tf y t y t y f t f y t y +=+++=+2-4 已知连续系统的输入输出算子方程及0– 初始条件为:. 4)(0y ,0)(0y )y(0 ),()2(13)( )3(; 0)(0y ,1)(0y ,0)y(0 ),()84()12()( )2(;1)(0y ,2)y(0 ),()3)(1(42)( )1(---2---2--=''='=++==''='=+++-=='=+++=t f p p p t y t f p p p p t y t f p p p t y f (u 0(t ) (b) u 0(t ) (a)图题2-1试求系统的零输入响应y x (t )(t 0)。
解:,e e)( ,3 ,1 )1(32121t tA A t y p p --+=-=-=. 0 , )e 12(1)(121444200 ,)e ()( , 2 ,0 )3(. 0 , 2sin e 5.0)(905.00cos 240)sin (cos 21cos 0 ,)2cos(e )( , 2j 2 ,0 )2(;0 , e 5.1e 5.3)(5.15.3312 232132323123213 ,2123213233232132213 ,213212121 t t t y A A A A A A A A A A t A A t y p p t t t y A A A A A A A A A A A A t A A t y p p t t y A A A A A A t t t t t t ------+-=⇒⎪⎩⎪⎨⎧-=-==⇒⎪⎩⎪⎨⎧+-=-=+=++=-===⇒⎪⎩⎪⎨⎧︒-===⇒⎪⎩⎪⎨⎧=+-=+=++=±-==-=⇒⎩⎨⎧-==⇒⎩⎨⎧--=+= 2-5 已知图题2-5各电路零输入响应分别为:.0 ,V sin e6cos e2)( (b); 0 ,V e 4e 6)( )a (3343x x t t t t u t t u ttt t ----+=-=求u (0-)、i (0-)。
解:;V 246)0()0( )a (x =-==+-u u.0)66(1.0)0()0( V;202)0()0( )b (A3512)1618(61)0()0( x x x x =+-===+===++-==+-+-+-i i u u i i 2-6 图题2-6所示各电路:(a) 已知i (0-) = 0,u (0-) = 5V ,求u x (t ); (b) 已知u (0-) = 4V ,i (0-) = 0,求i x (t ); (c) 已知i (0-) = 0,u (0-) = 3V ,求u x (t ) .解:0650650)( )(2=++⇒=++⇒=p p pp p a Z(b) 图题2-5(a) 1 6F(a) (b)(c)图题2-6.0 ,V e 10e 15)( ,10 ,1532050)0()0(' ,V 5)0(e e )(3 , 2 32212121322121---------=-==⇒⎩⎨⎧--=+=⇒===+=⇒-=-=⇒ t t u A A A A A A C i u u A A t u p p t t x x x t t x.0 ,V e e 4 ,4 ,1 ,15035)0(' ,V 3)0( ,e e ,4,1,045045: )c (. 0 ,A sin e 4)( ,2 ,4 sin cos 4cos 04401)0(' , 0)0( )cos(e )(11 , 11 022011110)( )b (4214212122121212121212-------------==-=-=+⨯-==+=-=-==++⇒=++=-==⇒⎩⎨⎧--==⇒=+⨯-==+=⇒--=+-=⇒=++⇒=+++⇒= t u A A u u A A u p p p p p p t t t i A A A A A A A A i i A t A t i j p j p p p p p p t t x x x t t x t x x x t x 同理/πY 2-7 已知三个连续系统的传输算子H (p )分别为:. )2(13 )3( ; )84()12( )2( ; )3)(1(42)1(22+++++-+++p p p p p p p p p p 试求各系统的单位冲激响应h (t )。
解:; )()e e ()(3111)( )1(3t t h p p p H t t ε--+=⇒+++=.)()e 41e 2541()(241)2(5.241)( )3(;)()2sin e 875.02cos e 8181()( 2)2(2875.0)2(8181)( 5.1,81)84(1)21()81(8481)( )2(2222222222t t t h p p p p H t t t t h p p p p H B A p p p p B p A p p B Ap p p H t t t t εε-----+=⇒+-++=-+-=⇒++⨯-++-=⇒-==⇒++--+-=++++-= 2-8 求图题2-8所示各电路中关于u (t )的冲激响应h (t )解:(a)f u pu pu u i i pui f 480422111=+⇒⎩⎨⎧=--+=- e 5.0)(125.05.0184)( 81t h p p f u p H tε-=⇒+=+==⇒ (a).V )()e 4.0e 4.2()( 64.214.0 6723115.01111311)( )c (.V )()e 2e 2()( 221223235.015.01)( )b (6222t t h p p p p p pp p p H t t h p p p p p pp p H t t t t εε-----=⇒+++-=++=+++⨯+=-=⇒+-+=++=++=2-9 求图题2-9所示各电路关于u (t )的冲激响应h (t )与阶跃响应g (t )。
解:2cos 21)(0 2cos 42)(21)()( ),(2sin 42)(21)( 21)21(24121121)( )a ( t _0 222t t tt dh t g t t t t h p p p p p p p p H ετεττεδ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+==-=⇒+-=+=++=-⎰),(e 41)(21)(2141211212111)( )b ( 21 t t t h p p p p p p H t εδ-+=⇒++=++=++=. )()e e ()(0]e e [)()( )e e 2()(112211122)( )c (()e 211()(0e 21)(21)()( 2 2_0 2 21 21 _0 t t][t t t d h t g t h p p ppp p H t t t t d h t g tt t t t εεττεεεετττττ-----------=+-==-=⇒+-+=+-+=-=-==⎰⎰2-10 如图题2-10所示系统,已知两个子系统的冲激响应分别为h 1(t ) (t 1),h 2(t ) (t )解:求和号后的冲激响应为)1()(-+t t δδ,于是整个系统的冲激响应为:(b) u (c) 图题2-8u(a)(b)(c)图题2-9图题2-10y (t )f (t ))1()()(-+=t t t h εε2-11 各信号波形如题图2-11所示,试计算下列卷积,并画出其波形。
. )(')( )3( ; )()( )2( ; )()( )1(41 31 21t f t f t f t f t f t f ***解:.)3()3(21)1()1(23)1()1(23)3()3(21 )3()3(21)1()1()1()1(21 )1()1(21)1()1()3()3(21 )1()1()(')( )3();6()6(21)5()5(21)4()4(21)3()3( )2()2(21)1()1(21)(21 )4()3()2()()( )2();4()4(21)2()2( )()2()2()4()4(21 )2()2()()( )1(2()2(21)()2()2(21)(11411113111211-----+++-++=-----+++---+++-++=--+=--+--------+------=-+---=--+---+++-++=-++=--+-++=t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t f t f t f t f t t t t t t t t t t t t t t t f t f t f t f t f t t t t t t t t t t t f t f t f t f t t t t t t t f εεεεεεεεεεεεεεεεεεεεεεεεε***2-12 求下列各组信号的卷积积分。