数字信号处理答案2和3章
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数字信号处理习题解答 第二章 数据采集技术基础2。
1 有一个理想采样系统,其采样角频率Ωs =6π,采样后经理想低通滤波器H a (j Ω)还原,其中⎪⎩⎪⎨⎧≥Ω<Ω=Ωππ30321)(,,j H a 现有两个输入,x 1(t )=cos2πt ,x 2(t )=cos5πt 。
试问输出信号y 1(t ),y 2(t )有无失真?为什么?分析:要想时域采样后能不失真地还原出原信号,则采样角频率Ωs 必须大于等于信号谱最高角频率Ωh 的2倍,即满足Ωs ≥2Ωh 。
解:已知采样角频率Ωs =6π,则由香农采样定理,可得 因为x 1(t )=cos2πt ,而频谱中最高角频率πππ32621=<=Ωh ,所以y 1(t )无失真;因为x 2(t )=cos5πt ,而频谱中最高角频率πππ32652=>=Ωh ,所以y 2(t )失真。
2.2 设模拟信号x (t )=3cos2000πt +5sin6000πt +10cos12000πt ,求:(1) 该信号的最小采样频率;(2) 若采样频率f s =5000Hz ,其采样后的输出信号; 分析:利用信号的采样定理及采样公式来求解.错误!采样定理采样后信号不失真的条件为:信号的采样频率f s 不小于其最高频率f m 的两倍,即f s ≥2f m○,2采样公式)()()(s nT t nT x t x n x s===解:(1)在模拟信号中含有的频率成分是f 1=1000Hz ,f 2=3000Hz,f 3=6000Hz∴信号的最高频率f m =6000Hz由采样定理f s ≥2f m ,得信号的最小采样频率f s =2f m =12kHz (2)由于采样频率f s =5kHz,则采样后的输出信号⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛====n n n n n n n n n n n f n x nT x t x n x s s nT t s522sin 5512cos 13512cos 10522sin 5512cos 35112cos 105212sin 5512cos 3562cos 10532sin 5512cos 3)()()(πππππππππππ 说明:由上式可见,采样后的信号中只出现1kHz 和2kHz 的频率成分,即kHzf f f kHzf f f ss 25000200052150001000512211======,,若由理想内插函数将此采样信号恢复成模拟信号,则恢复后的模拟信号()()t t t f t f t y ππππ4000sin 52000cos 132sin 52cos 13)(21-=-=可见,恢复后的模拟信号y (t ) 不同于原模拟信号x (t ),存在失真,这是由于采样频率不满足采样定理的要求,而产生混叠的结果.第三章 傅里叶分析I. 傅里叶变换概述3。
数字信号处理知到章节测试答案智慧树2023年最新西安工程大学绪论单元测试1.请判断下面说法是否正确:为了有效地传播和利用信息,常常需要将信息转换成信号,因此信号是信息的载体,通过信号传递信息。
()参考答案:对2.请判断下面说法是否正确:模拟信号预处理的主要作用是滤除输入模拟信号中的无用频率成分和噪声,避免采样后发生频谱混叠失真。
()参考答案:对3.下列关于信号分类方式的选项正确的是()。
参考答案:按信号幅度的统计特性分类;按信号的维数分类;按信号自变量与参量的连续性分类4.下列不属于数字信号处理软件处理方法特点的选项是()。
参考答案:处理速度快5.下列关于数字系统处理精度描述正确的选项是()。
参考答案:精度由系统字长与算法决定第一章测试1.请判断下面说法是否正确:时域离散信号通过量化编码转换为数字信号,是一种无损变换。
( )参考答案:错2.下列信号是周期信号的有()。
参考答案:;;3.信号的最小周期是()。
参考答案:24.请判断下面说法是否正确:线性时不变时域离散系统具有线性性质和时不变特性。
()参考答案:对5.以下序列是系统的单位脉冲响应h(n),则是稳定系统的有()。
参考答案:;第二章测试1.请判断下面说法是否正确:时域离散信号和系统分析可以通过傅里叶变换和Z变换两种数学工具()。
参考答案:对2.请判断下面说法是否正确:周期序列的傅里叶变换以为周期,而且一个周期内只有N个冲激函数表示的谱线()。
参考答案:错3.实序列的傅里叶变换具有()。
参考答案:共轭对称性质4.已知序列,其Z变换和收敛域为()。
参考答案:;5.序列,其傅里叶变换为()。
参考答案:第三章测试1.在变换区间0≤n≤N-1内,序列的N点DFT在k=0的值为()。
参考答案:N2.在变换区间0≤n≤N-1内,序列的N点DFT的值为()参考答案:13.已知,求=()参考答案:1/N4.已知,求=()参考答案:5.已知,求=()参考答案:第四章测试1.请判断下面说法是否正确:模拟信号数字处理中,模拟信号与数字信号之间的相互转换中要求不能丢失有用信息()。
第二章2.1 判断下列序列是否是周期序列。
若是,请确定它的最小周期.(1)x (n )=Acos(685ππ+n ) (2)x (n)=)8(π-ne j(3)x (n)=Asin(343ππ+n ) 解 (1)对照正弦型序列的一般公式x (n )=Acos (ϕω+n ),得出=ω85π。
因此5162=ωπ是有理数,所以是周期序列。
最小周期等于N=)5(16516取k k =。
(2)对照复指数序列的一般公式x (n )=exp[ωσj +]n,得出81=ω。
因此πωπ162=是无理数,所以不是周期序列。
(3)对照正弦型序列的一般公式x (n)=Acos(ϕω+n ),又x (n)=Asin (343ππ+n )=Acos (-2π343ππ-n )=Acos(6143-n π),得出=ω43π.因此382=ωπ是有理数,所以是周期序列。
最小周期等于N=)3(838取k k =2.2在图2.2中,x (n )和h(n)分别是线性非移变系统的输入和单位取样响应。
计算并列的x (n )和h (n)的线性卷积以得到系统的输出y(n ),并画出y(n)的图形。
(a)1111(b)(c)111110 0-1-1-1-1-1-1-1-1222222 33333444………nnn nnnx(n)x(n)x(n)h(n)h(n)h(n)21u(n)u(n)u(n)a n ===22解 利用线性卷积公式y(n )=∑∞-∞=-k k n h k x )()(按照折叠、移位、相乘、相加、的作图方法,计算y(n)的每一个取样值。
(a ) y (0)=x (O)h (0)=1y (l )=x (O )h(1)+x (1)h (O)=3y (n)=x(O)h (n )+x (1)h(n-1)+x(2)h (n —2)=4,n ≥2 (b) x(n )=2δ(n )-δ(n-1)h(n)=-δ(n)+2δ(n —1)+ δ(n —2)y(n )=-2δ(n)+5δ(n —1)= δ(n-3) (c ) y (n )=∑∞-∞=--k kn k n u k u a)()(=∑∞-∞=-k kn a=aa n --+111u (n )2。
绪论单元测试1.如果想要实现模拟信号的数字化,以便后续处理,须经过:()。
A:数字滤波器B:D/A转换C:A/D转换D:抗混叠模拟滤波答案:CD2.以下属于数字信号处理技术的是()。
A:语音识别B:视频编码C:图像压缩D:谱分析答案:ABCD3.数字信号处理系统具有()的优点。
A:可靠性高B:精度高C:易于大规模集成D:灵活性高答案:ABCD4.数字信号处理系统可以采用如下方法实现()。
A:通用微处理器B:DSPC:通用计算机D:FPGA答案:ABCD5.序列经过()成为数字信号。
A:量化B:编码C:采样D:保持答案:AB6.数字信号在时间和振幅上都是离散的。
()A:错B:对答案:B7.周期信号和随机信号是功率信号。
()A:错B:对答案:B8.数字信号处理只对数字信号进行处理。
()A:对B:错答案:B9.与模拟系统相比,数字系统精度高、复杂度低。
()A:对B:错答案:B10.与模拟系统相比,数字系统可靠性更高。
()A:对B:错答案:A第一章测试1.从奈奎斯特采样定理得出,要使实信号采样后能够不失真还原,采样频率fs与信号最高频率fmax关系为:。
()A:fs≥ 2fmaxB:fs≤2 fmaxC:fs≥ fmaxD:fs≤fmax答案:A2.序列x1(n)的长度为4,序列x2(n)的长度为3,则它们线性卷积的长度是。
()A:7B:5C:6D:6答案:C3.若正弦序列x(n)=sin(30nπ/120)是周期的,则周期是N= 。
()A:2B:4πC:2πD:8答案:D4.一LTI系统,输入为 x(n)时,输出为y(n);则输入为2x(n)时,输出为;输入为x(n-3)时,输出为。
()A:2y(n),y(n+3)B:y(n),y(n-3)C:2y(n),y(n-3)D:y(n),y(n+3)答案:C5.下列关系正确的为()。
A:B:C:D:答案:C6.设系统的单位抽样响应为h(n),则系统因果的充要条件为()A:当n>0时,h(n)≠0B:当n<0时,h(n)≠0C:当n>0时,h(n)=0D:当n<0时,h(n)=0答案:D7.下列哪一个单位抽样响应所表示的系统不是因果系统?( )A:h(n)=δ(n)B:h(n)=u(n)-u(n+1)C:h(n)=u(n)-u(n-1)D:h(n)=u(n)答案:B8. LTI系统,输入x(n)时,输出y(n);输入为3x(n-2),输出为()A:y(n)B:3y(n)C:y(n-2)D:3y(n-2)答案:D9.下列哪一个系统是因果系统()A:y(n)= cos(n+1)x (n)B:y(n)=x (- n)C:y(n)=x (n+2)D:y(n)=x (2n)答案:A10.10设因果稳定的LTI系统的单位抽样响应h(n),在n<0时,h(n)= ( )A:0B:-∞C:∞D:1答案:A11.x(n)=cos(w0n)所代表的序列一定是周期的。
第1章 引 言1、数字信号处理的含义?数字信号处理--Digital Signal Processing 采用数字技术的方式进行信号处理。
将信号转化为数字信号,利用数字系统进行处理。
2、什么是信号?信号主要采用什么方式表达? 传递信息的载体:进行变化的物理量;与日常生活密切相关: 语言、音乐、图片、影视模拟信号的表达:在电子技术中,通过传感器将信号转化为随时间连续变化的电压:模拟电压信号数字信号的表达:对模拟电压进行等间隔测量,将各测量值采用有限精度的数值表达,体现为顺序排布的数字序列。
3 、什么是模拟信号?什么是数字信号?信号在时间和数值上都是连续变化的信号称为模拟信号.模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息,其信号的幅度,或频率,或相位随时间作连续变化 数字信号指幅度的取值是离散的,幅值表示被限制在有限个数值之内。
时间和幅度上都是离散(量化)的信号。
二进制码就是一种数字信号。
二进制码受噪声的影响小,易于有数字电路进行处理,所以得到了广泛的应用。
4 、数字信号具有什么特点?信号采用抽象数字序列表达,与物理量没有直接关系,在传输、保存和处理过程中,信号精度不受环境因素影响,抗干扰性强。
信号采用数字序列表达后,对模拟信号难以进行的很多处理能够方便地实现,例如:大规模长时间的信号存储、对信号的乘法调制和各种编码调制、信号的时间顺序处理、信号的时间压缩/扩张、复杂标准信号的产生。
5 、数字信号处理具有什么意义?数字信号处理是研究如何用数字或符号序列来表示信号以及对这些序列作处理的一门学科。
它具有精度高、可靠性高、灵活性、便于大规模集成化等特点。
6 、列举一些在生活中常见的数字技术的应用。
商业摄影领域;录音电话机;数码相机;数字电视;MP3播放器等等。
第2章信号的数字化1、信号数字化需要经过哪些基本步骤?信号数字化可以分为三步:1)等距采样,实现信号离散化;2)数值量化,用有限精度表达采样值;3) AD 转换,对量化值进行二进制编码。
第2章时域离散信号和系统的频域分析2.1学习要点与重要公式2.2FT和ZT的逆变换2.3分析信号和系统的频率特性 2.4例题2.5习题与上机题解答2.1学习要点与重要公式数字信号处理中有三个重要的数学变换工具,即傅里叶变换(FT)、Z变换(ZT)和离散傅里叶变换(DFT)。
利用它们可以将信号和系统在时域空间和频域空间相互转换,这方便了对信号和系统的分析和处理。
三种变换互有联系,但又不同。
表征一个信号和系统的频域特性是用傅里叶变换。
Z 变换是傅里叶变换的一种推广,单位圆上的Z变换就是傅里叶变换。
在z域进行分析问题会感到既灵活又方便。
离散傅里叶变换是离散化的傅里叶变换,因此用计算机分析和处理信号时,全用离散傅里叶变换进行。
离散傅里叶变换具有快速算法FFT,使离散傅里叶变换在应用中更加方便与广泛。
但是离散傅里叶变换不同于傅里叶变换和Z变换,它将信号的时域和频域,都进行了离散化,这是它的优点。
但更有它自己的特点,只有掌握了这些特点,才能合理正确地使用DFT。
本章只学习前两种变换,离散傅里叶变换及其FFT将在下一章学习。
2.1.1学习要点(1)傅里叶变换的正变换和逆变换定义,以及存在条件。
(2)傅里叶变换的性质和定理:傅里叶变换的周期性、移位与频移性质、时域卷积定理、巴塞伐尔定理、频域卷积定理、频域微分性质、实序列和一般序列的傅里叶变换的共轭对称性。
(3)周期序列的离散傅里叶级数及周期序列的傅里叶变换表示式。
(4)Z变换的正变换和逆变换定义,以及收敛域与序列特性之间的关系。
(5)Z变换的定理和性质:移位、反转、z域微分、共轭序列的Z变换、时域卷积定理、初值定理、终值定理、巴塞伐尔定理。
(6)系统的传输函数和系统函数的求解。
(7)用极点分布判断系统的因果性和稳定性。
(8)零状态响应、零输入响应和稳态响应的求解。
(9)用零极点分布定性分析并画出系统的幅频特性。
2.1.2重要公式(1)这两式分别是傅里叶变换的正变换和逆变换的公式。
合工大《数字信号处理》习题答案第2章习 题2.1)1()()1()2(2)4()(-+++-+++=n n n n n n x δδδδδ)6(2)4(5.0)3(4)2(2-+-+-+-+n n n n δδδδ2.3 (1)31420=ωπ,所以周期为14。
(2)πωπ1620=,是无理数,所以)(n x 是非周期的。
2.4 设系统分别用下面的差分方程描述,)(n x 与)(n y 分别表示系统输入和输出,判断系统是否是线性非时变的。
(1))()(0n n x n y -= (2))()(2n x n y = (3))sin()()(n n x n y ω= (4))()(n x e n y =2.4 (1)由于)()]([0n n x n x T -=)()()]([0m n y n m n x m n x T -=--=-所以是时不变系统。
)()()()()]()([21020121n by n ay n n bx n n ax n bx n ax T +=-+-=+所以是线性系统。
(2))()()]([2m n y m n x m n x T -=-=-,所以是时不变系统。
)()()]()([)]()([2122121n by n ay n bx n ax n bx n ax T +≠+=+,所以是非线性系统。
(3))()sin()()]([m n y n m n x m n x T -≠-=-ω,所以不是时不变系统。
)()()sin()]()([)]()([212121n by n ay n n bx n ax n bx n ax T +=+=+ω,所以是线性系统。
(4))()()]()([21)()()]()([212121n by n ay e e e n bx n ax T n bx n ax n bx n ax +≠==++,所以是非线性系统。
)()]([)(m n y e m n x T m n x -==--,所以是时不变系统。
2.5 给定下述系统的差分方程,试判定系统是否是因果稳定系统,并说明理由。
(1))1()()(++=n x n x n y (2))()(0n n x n y -= (3))()(n x e n y = (4)∑+-==0)()(n n n n k k x n y2.5(1)该系统是非因果系统,因为n 时刻的输出还和n 时刻以后()1(+n 时间)的输入有关。
如果M n x ≤|)(|,则M n x n x n y 2|)1(||)(||)(|≤++≤,因此系统是稳定系统。
(2)当00<n 时,系统是非因果系统,因为n 时刻的输出还和n 时刻以后的输入有关。
当00≥n 时,系统是因果系统。
如果M n x ≤|)(|,则M n y ≤|)(|,因此系统是稳定系统。
(3)系统是因果系统,因为n 时刻的输出不取决于)(n x 的未来值。
如果M n x ≤|)(|,则M n x n x e e e n y ≤≤≤)|(|)(|||)(|,因此系统是稳定系统。
(4)系统是非因果系统,因为n 时刻的输出还和)(n x 的未来值有关。
如果M n x ≤|)(|,则,M nk x n y n n n n k |12||)(||)(|0+≤≤∑+-=因此系统是稳定系统。
2.6 以下序列是系统的单位冲激响应)(n h ,试说明该系统是否是因果、稳定的。
(1))(2)(n u n h n= (2))(2)(n u n h n -= (3))2()(+=n n h δ (4))(1)(2n u nn h =2.6 (1)当0<n 时,0)(=n h ,所以系统是因果的。
由于∞⇒+++=∑∞-∞= 210222|)(|n n h所以系统不稳定。
(2)当0<n 时,0)(≠n h ,所以系统是非因果的。
由于2222|)(|210=+++=--∞-∞=∑ n n h所以系统稳定。
(3)当0<n 时,0)(≠n h ,所以系统是非因果的。
由于1|)(|∑∞-∞==n n h所以系统稳定。
(4)当0<n 时,0)(=n h ,所以系统是因果的。
由于∞⇒+++=∑∞-∞= 222211101|)(|n n h 所以系统不稳定。
2.7设线性时不变系统的单位脉冲响应)(n h 和输入序列)(n x 如题2.7图所示,试求输出)(n y 。
2.7)()]2(5.0)1()(2[)()()(n x n n n n x n h n y *-+-+=*=δδδ)5()4(2)3(5.4)2()1(2)(5.0)1()2(2)2(5.0)1()(2-+-+-+-+-+-+-+-=-+-+=n n n n n n n n n x n x n x δδδδδδδδ2.8 设线性时不变系统的单位冲激响应)(n h 和输入)(n x 分别有以下三种情况,分别求出输出)(n y 。
(1))()(3n R n h =,)()(3n R n x =(2))()(4n R n h =,)2()()(--=n n n x δδ (3))(5.0)(n u n h n=,)()(5n R n x = 2.8(1))()()()()(33n R n R n h n x n y *=*=)4()3(2)2(3)1(2)()]4()3()2([)]3()2()1([)]2()1()([)2()1()()()]2()1()([3333-+-+-+-+=-+-+-+-+-+-+-+-+=-+-+=*-+-+=n n n n n n n n n n n n n n n R n R n R n R n n n δδδδδδδδδδδδδδδδδ(2))()]2()([)()()(4n R n n n h n x n y *--=*=δδ)5()4()1()()]5()4()3()2([)]3()2()1()([)2()(44-----+=-+-+-+---+-+-+=--=n n n n n n n n n n n n n R n R δδδδδδδδδδδδ(3))()(5.0)()()(5n R n u n h n x n y n *=*=)4(5.0)3(5.0)2(5.0)1(5.0)(5.0)]4()3()2()1()([)(5.04321-+-+-+-+=-+-+-+-+*=----n u n u n u n u n u n n n n n n u n n n n nn δδδδδ2.9 确定下列信号的最低采样率与奈奎斯特采样间隔。
(1))100(t S a (2))100(2t S a(3))50()100(t S t S a a +2.9 若要确定奈奎斯特采样间隔,必须先求出信号频谱的最高频率。
(1)抽样函数对应于门函数:)2/()(ωτττa S E t G →,其中τ为门函数的宽度。
由傅立叶变换的对称性知:)(2)2/(ωπτττG t S E a →由题可知,200=τ。
因此,此信号的最高频率是100弧度/秒。
因此,21002∙≥s f π 即,π100=s f ,100π=s T(2)信号为两个抽样函数的乘积,因此频谱应为两个抽样函数频谱的卷积。
由卷积积分的结果来确定信号频谱的范围。
通过上一题目可知,)100(t S a 信号的最高频率为100弧度/秒,因此相卷积后的最高频率是200弧度/秒。
π200=s f ,200π=s T(3)由傅立叶变换的线性,总信号的频谱为两个信号频谱的叠加,然后确定最高频率。
π100=s f ,100π=s T2.10 设系统由下面差分方程描述:)1(21)()1(21)(-++-=n x n x n y n y 设系统是因果的,(1)求该系统的单位脉冲响应。
(2)利用卷积和求输入)()(n u e n x n j ω=的响应。
2.10 (1)x(n)=δ(n),因为y(n)=h(n)=0,n<0 所以h(0)=0.5y(-1)+x(0)+0.5x(-1)=1 h(1)=0.5y(0)+x(1)+0.5x(0)=1 h(2)=0.5y(1)+x(2)+0.5x(1)=0.5......h(n)=0.5y(n-1)+x(n)+0.5x(n-1)=0.5n-1 所以 h(n)= 0.5n-1u(n-1)+δ(n)(2)y(n)=x(n)*h(n)= [0.5n-1u(n-1)+δ(n)]* e jwn u(n)= [0.5n-1u(n-1)]* e jwn u(n)+ e jwn u(n)= [e jwn -0.5n ]/ (e jw -0.5)u(n-1)+ e jwn u(n)2.11有一理想抽样系统,抽样频率为π6=Ωs ,经理想低通滤波器)(Ωj H a 还原,其中⎪⎩⎪⎨⎧≥Ω<Ω=Ωππ3||,03||,21)(j H a今有两个输入,t t x a π2cos )(1=,t t x a π5cos )(2=。
输出信号)(1t y a 、)(2t y a 有无失真?为什么?2.11 根据奈奎斯特定理:因为t t x a π2cos )(1=,而频谱中最高角频率2621ππ<=Ωa ,所以)(1t y a 无失真。
因为t t x a π5cos )(2=,而频谱中最高角频率2652ππ>=Ωa ,所以)(2t y a 失真。
2.12 有一连续信号)2cos()(ϕπ+=ft t x a ,式中20=f Hz ,2πϕ=(1) 求出)(t x a 的周期;(2) 用采样间隔s T 02.0=对)(t x a 进行采样,试写出采样信号)(ˆt xa 的表达式。
2.12 (1)s fT a 05.01==(2))()2cos()()()()()(ˆnT t fnT nT t nT xt t x t xn n aT a a -+=-==∑∑∞-∞=∞-∞=δϕπδδ∑∞-∞=-+=n nT t nT )()40cos(δϕπ第3章习 题3.1 求下列序列的z 变换,并标明收敛域。
(1))4()(-=n n x δ(2))(21)(n u n x n⎪⎭⎫⎝⎛=(3))1(21)(--⎪⎭⎫⎝⎛-=n u n x n(4)nn x 1)(=,1≥n (5))1(5.0)(-=n u n x n (6)())(2.0)(n u n n x n=答案: 3.1解(1)由z 变换的定义可知,4)4()(-∞-∞=-=-=∑z zn z X n nδ,0≠z(2)10211121)(21)(--∞=∞-∞=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑∑z z z n u z X n nn n nn,21||>z(3)n nn n nn z z n u z X -∞--=∞-∞=-∑∑⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--⎪⎭⎫ ⎝⎛-=121)1(21)(1121112-∞=-=-=∑z z n n n ,21||<z (4)∑∞=-=11)(n n z nz X由于∑∑∞=----∞=-=-=-=121111)()(1)(n n n n z z z z n n dz z dX ,1||>z 则zzz z z X -=--=1ln )1ln(ln )( 而)(z X 的收敛域和)()(z X z dX 的收敛域相同,所以)(z X 的收敛域为1||>z 。