《信号与系统(第2版》【附录+习题答案】
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第一章1.8 系统的数学模型如下,试判断其线性、时不变性和因果性。
其中X (0-)为系统的初始状态。
(2)()()2f t y t e = (5)()()cos2y t f t t = (8)()()2y t f t = 解:(2)()()2f t y t e = ① 线性: 设 ()()()()1122,f t y t f t y t →→,则 ()()()()122212,f t f t y t ey t e==那么 ()()()()()()()112211222221122a f t a f t a f t a f t a f t a f t y t ee e +⎡⎤⎣⎦+→==,显然,()()()1122y t a y t a y t ≠+,所以是非线性的。
② 时不变性设()()11,f t y t →则 ()()()()10122110,f t t f t y t e y t t e-=-=设()()102,f t t y t -→则()()()102210f t t y t e y t t -==-,所以是时不变的。
③ 因果性因为对任意时刻 t 1,()()121f t y t e =,即输出由当前时刻的输入决定,所以系统是因果的。
(5)()()cos2y t f t t = ① 线性: 设 ()()()()1122,f t y t f t y t →→,则 ()()()()1122cos2,cos2y t f t t y t f t t ==那么()()()()()()()112211221122cos 2cos 2cos 2a f t a f t y t a f t a f t t a f t t a f t t +→=+=+⎡⎤⎣⎦, 显然()()()1122y t a y t a y t =+,所以系统是线性的。
② 时不变性设()()11,f t y t →则 ()()()()()1110100cos2,cos2y t f t t y t t f t t t t =-=--设()()102,f t t y t -→则()()()21010cos2y t f t t t y t t =-≠-,所以是时变的。
第一章1.3 解:(a). 2401lim(),04Tt T TE x t dt e dt P ∞-∞∞→∞-====⎰⎰(b) dt t x TP T TT ⎰-∞→∞=2)(21lim121lim ==⎰-∞→dt T TTT∞===⎰⎰∞∞--∞→∞dt t x dt t x E TTT 22)()(lim(c).222lim()cos (),111cos(2)1lim()lim2222TT TTTT T TTE x t dt t dt t P x t dt dt TT∞∞→∞--∞∞→∞→∞--===∞+===⎰⎰⎰⎰(d) 034121lim )21(121lim ][121lim 022=⋅+=+=+=∞→=∞→-=∞→∞∑∑N N n x N P N Nn n N N N n N 34)21()(lim202===∑∑-∞=∞→∞nNNn N n x E (e). 2()1,x n E ∞==∞211lim []lim 112121N NN N n N n NP x n N N ∞→∞→∞=-=-===++∑∑ (f) ∑-=∞→∞=+=NNn N n x N P 21)(121lim 2∑-=∞→∞∞===NNn N n x E 2)(lim1.9. a). 00210,105T ππω===; b) 非周期的; c) 00007,,22mN N ωωππ=== d). 010;N = e). 非周期的; 1.12 解:∑∞=--3)1(k k n δ对于4n ≥时,为1即4≥n 时,x(n)为0,其余n 值时,x(n)为1易有:)3()(+-=n u n x , 01,3;M n =-=- 1.15 解:(a)]3[21]2[][][222-+-==n x n x n y n y , 又2111()()2()4(1)x n y n x n x n ==+-, 1111()2[2]4[3][3]2[4]y n x n x n x n x n ∴=-+-+-+-,1()()x n x n = ()2[2]5[3]2[4]y n x n x n x n =-+-+- 其中][n x 为系统输入。
附 录 A 常 用 数 学 公 式A.1 三角函数公式j e cos jsin t t t ωωω=+ j e e (cos jsin )t t t σωσωω+=+j j 1cos (e e )2t t t ωωω-=+j j 1sin (e e )2jt t t ωωω-=-sin()sin cos cos sin αβαβαβ±=± cos()cos cos sin sin αβαβαβ±=sin22sin cos ααα=2222cos2cos sin 12sin 2cos 1ααααα=-=-=-1sin sin [cos()cos()]2αβαβαβ=--+1cos cos [cos()cos()]2αβαβαβ=-++1sin cos [sin()sin()]2αβαβαβ=-++双曲正弦:e e sh 2x xx --=双曲余弦:e e ch 2x xx -+=A.2 微积分公式d()d Cu C u =,C 为常数(下同)d()d d u v u v ±=±,u 、v 为t 的函数(下同) d()d d uv v u u v =+ 2d d d u v u u v v v -⎛⎫= ⎪⎝⎭d d Cu t C u t =⎰⎰()d d d u v t u t v t ±=±⎰⎰⎰信号与系统288d d u v uv v u =-⎰⎰()d ()()()()d ()bb baaau t v t u t v t v t u t =-⎰⎰A.3 数列求和公式(1)等比数列123,,,,N a a a a 的通项为11n n a a q -=,q 为公比,前n 项的和为 111(1)11NN N N n n a a q a q S a q q =--===--∑(2)等差数列123,,,,N a a a a 的通项为1(1)n a a n d =+-,d 为公差,前n 项的和为111()(1)22NN N n n N a a N N dS a Na =+-===+∑附 录 B 常 用 信 号 与 系 统 公 式B.1 连续时间信号的卷积121221()()()()d ()()d x t x t x x t x x t ττττττ∞∞-∞-∞*=-=-⎰⎰B.2 离散时间信号的卷积121221()()()()()()m m x n x n x m x n m x m x n m ∞∞=-∞=-∞*=-=-∑∑B.3 连续时间三角形式的傅里叶级数0000011()[cos()sin()]cos()kk kkk k x t a ak t b k t A A k t ωωωϕ∞∞===++=++∑∑0000001()d t T t a A x t t T +==⎰000002()cos()d 1,2,t T k t a x t k t t k T ω+==⎰, 000002()sin()d 1,2,t T k t b x t k t t k T ω+==⎰,1,2,k A k = arctan 1,2,k k k b k a ϕ⎛⎫=-=⎪⎝⎭,B.4 连续时间指数形式的傅里叶级数FS000j 01()e d t T k t k t X x t t T ω+-=⎰0j 0()()ek tk x t X k ωω∞=-∞=∑信号与系统290B.5 连续时间傅里叶变换FTj (j )()e d t X x t t ωω∞--∞=⎰j 1()(j )e d 2πt x t X ωωω∞-∞=⎰B.6 双边拉普拉斯变换()()e d st X s x t t ∞--∞=⎰j j 1()()e d 2πjst x t X s s σσ+∞-∞=⎰B.7 单边拉普拉斯变换0()()e d st X s x t t ∞--=⎰j j 1()()e d 2πjst x t X s s σσ+∞-∞=⎰,0t ≥B.8 离散时间傅里叶级数DFS2πj 1()()ekn NN N n N X k x n N -=<>=∑,0,1,2,k =±±2πj()()ekn NN N k N x n X k =<>=∑,0,1,2,n =±±B.9 离散时间傅里叶变换DTFTj j (e )()enn X x n ΩΩ∞-=-∞=∑j j 2π1()(e )e d 2πn x n X ΩΩΩ=⎰B.10 离散傅里叶变换DFT1()()01N knNn X k x n Wk N -==-∑≤≤,附 录 B 常 用 信 号 与 系 统 公 式29111()()01N kn Nk x n X k Wn N N--==-∑≤≤,B.11 双边Z 变换b ()()nn X z x n z∞-=-∞=∑11()()2n cx n X z z dzj π-=⎰B.12 单边Z 变换s 0()()nn X z x n z∞-==∑11()()2n cx n X z z dzj π-=⎰习题参考答案第1章1.1(a)确定信号、连续时间信号、非周期信号、能量信号、非因果信号。
(b)~(l):略1.2 (3)~(6)如题图1-2(a)所示,(7)~(10)如题图1-2(b)所示。
(a)习题参考答案293(b)题图1-21.3信号与系统294题图1-31.4(1) 按10ms 采样,一个周期内采样2点,取不同的初相位θ采样结果如题图1-4(a )w=100*pix (t )=311*s i n (w *t )t/msT=10ms,θ=0°x n =311*s i n (w *n *T )nT=10ms,θ=30°x n =311*s i n (w *n *T )nT=10ms,θ=60°x n =311*s i n (w *n *T )n题图1-4(a )其他:略1.5 (1)是,T =0.02;(2)是,N =100;(3)是,T =1/9;(4)是,N =42;(5)否;(6)否;(7)是,2πT =;(8)否;(9)是,N =70。
1.6 (1)功率信号;(2)功率信号;(3)能量信号;(4)都不是;(5)能量信号;(6)能量信号;(7)都不是;(8)能量信号。
1.7 (1)非因果信号;(2)因果信号;(3)因果信号;(4)因果信号;(5)非因果信号;(6)因果信号;(7)非因果信号;(8)非因果信号。
1.8 (1)非线性、时不变、因果、稳定、可逆系统、非记忆系统; (2)非线性、时变、因果、非稳定、可逆系统、非记忆系统; (3)非线性、时不变、因果、稳定、不可逆系统、非记忆系统; (4)线性、时不变、因果、稳定、可逆系统、非记忆系统; (5)非线性、时变、因果、非稳定、可逆系统、记忆系统; (6)非线性、时变、非因果、非稳定、可逆系统、记忆系统; (7)非线性、时不变、因果、稳定、可逆系统、记忆系统。
1.9 (a )s 6()25()6()8()u t u t u t i t '''++=习 题 参 考 答 案295(b )1222111121111()()()()()C C u t u t C u t u t R R R ⎛⎫''+++=+ ⎪⎝⎭ (c )11[1()]()()()H s Y s H s X s +=(d )1212(13)()(124)()s s Y s s s X s ----++=++第2章 2.1题图2.12.2 (1)()sin6x t = (2)()0x t = (3)()2x t = (4)()0x t =(5)10()t δ(6)1322t ε⎛⎫- ⎪⎝⎭(7)61e (2)2t δ--(8)6- (9)112112()d =0t t t τδττ--<<⎧-⎨⎩⎰,,其他(10)()t ε2.3信号与系统296题图2.32.4 (1)35111()e e 263t t y t --=-+(2)31171()e e e 442t t ty t t ---=-+ 2.5 23zi ()2e e t t y t --=-2.6 23zi ()7e 5e 0t t y t t --=->,23zs 11()e e 022t t y t t --=-+>,23zi zs 11()()()7e 6e 022t t y t y t y t t --=+=-+>,自由响应为2317e 6e 2t t ---,强迫响应为12。
2.7 1zi zs ()()4()e 4cos 2ty t y t y t t -=+=-+ 2.8 (1)2()6e ()3()th t t t εδ-=-+, 2()()d (3e 3)()t t g t h t ττε--∞==+⎰(2)()e (cos sin )()t h t t t t ε-=+, ()()d (e cos 1)()t t g t h t t ττε--∞==-+⎰(3)3()8e ()2()()t h t t t t εδδ-'=-+,341()()d e ()()33tt g t h t t ττεδ--∞⎛⎫==-++ ⎪⎝⎭⎰2.9 (1)①当0t <时,卷积()0y t = ② 当01t <≤时,20()d 2tt y t ττ==⎰③ 当12t <≤时,12111()d 1d 212tt y t t t τττ-=+=-+-⎰⎰④ 当23t <≤时,()111y t =⨯=⑤当34t <≤时,321311()1d (4)d 3322tt y t t t τττ-=+--=-+-⎰⎰⑥ 当45t <≤时,421125()(4)d 522t y t t t ττ-=-=-+⎰⑦ 当5t ≥时,卷积()0y t =(2)① 当20t -<,即2t <时,卷积()0y t =② 当021t -<≤,即23t <≤时,220()d 222t t y t t ττ-==-+⎰③ 当122t -<≤,即34t <≤时,122311()d 1d 472t t y t t t τττ--=+=-+-⎰⎰④ 当223t -<≤,即45t <≤时,()111y t =⨯=⑤当324t -<≤,即56t <≤时,322331()1d (4)d 2t t y t t τττ--=+--=-+⎰⎰2352t -⑥ 当425t -<≤,即67t <≤时,423149()(4)d 722t y t t t ττ-=-=-+⎰⑦ 当7t ≥时,卷积()0y t =2.10 (1) (1)1211()()e (1)a t x t x t t a a ε--⎡⎤*=--⎢⎥⎣⎦(2) 222121113()()(1)(2)(2)(3)2222x t x t t t t t t t t t εεε⎛⎫⎛⎫*=--+-++-+--- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭(3) 12()()sin[(2)]x t x t t ω*=+(4)(1)(2)12()()[1e ](1)e (2)t t x t x t t t εε----*=---- 2.11 (1)()()(1)()h t t t t t δεε=+-- (2)()0h t =2.12 2zi zi ()2()()()2()()()2()y t y t t h t y t t h t t δδδ''=+*=+*= 2.13 2()(3e 2e )()t t h t t ε--=-23zs 31()()()e 2e e ()22t t t y t x t h t t ε---⎛⎫=*=-+ ⎪⎝⎭2zi zs 13()()()e e ()22t t y t y t y t t ε--⎛⎫=-=+ ⎪⎝⎭自由响应分量为21(2e e )()2t t t ε---,强迫响应分量为31e ()2t t ε-。