信号与系统2-1
信号与系统课后题解第二章
⑺
对⑺式求一阶导，有：
de(t ) d 2 i 2 (t ) di (t ) du (t ) =2 +2 2 + c 2 dt dt dt dt de(t ) d 2 i2 (t ) di (t ) =2 + 2 2 + 2i1 (t ) + 2i 2 (t ) 2 dt dt dt
⑻
将⑸式代入⑻式中，有：
λ 2 + 2λ + 1 = 0
可解得特征根为 微分方程齐次解为
λ1, 2 = −1
y h (t ) = C1e −t + C2 te− t
由初始状态为 y (0 ) = 1, y ' (0 ) = 0 ，则有：
C1 = 1 − C 1 + C 2 = 0
由联立方程可得 故系统的零输入响应为：
由联立方程可得 故系统的零输入响应为：
A1 = 2, A2 = −1
y zi (t ) = 2e − t − e −2 t
（2）由原微分方程可得其特征方程为
λ 2 + 2λ + 2 = 0
可解得特征根为 微分方程齐次解为
λ1, 2 = −1 ± i
y h (t ) = e −t (C1 cos t + C2 sin t )
(− 3C1 + 3C2 )δ (t ) + (C1 + C2 )δ ' (t ) − (− 2C1 + C 2 )δ (t ) = δ (t )
(
(
( + C e )δ (t ) + (C e
2 1
)
−2 t
+ C2 e t δ ' (t )
信号与线性系统分析吴大正习题答案1_2
1-1画出下列各信号的波形【式中r(t) t (t)】为斜升函数。
(2) f(t) e N, t (4) f(t) (si nt) (7) f(t) 2k (k) 解：各信号波形为(2) f(t) e N, t (3) f(t) sin( t) (t) (5) f (t) r(sint) (10) f(k) [1 ( 1)k] (k)(hl(3) f(t) sin( t) (t)(4) f(t) (si nt)(d)(5) f(t) r(si nt)(7) f(t) 2k (k)(10) f(k) [1 ( 1)k] (k)2卜〔■■ 4* *0::2 3 4 5( 5 21-2画出下列各信号的波形[式中r(t)t (t)为斜升函数］。
(1) f(t) 2 (t 1) 3 (t1) (t 2)(2) f (t) r(t)2r(t1) r(t 2)(5) f(t)r(2t) (2 t)(8) f(k)k[ (k)(k 5)](11) f(k)k(k 7)](12) f(k)2k[ (3k) ( k)] sin( )[ (k)6解：各信号波形为⑴ f(t) 2 (t 1) 3 (t 1) (t 2)(5)f(t) r(2t) (2 t)r(t) 2r(t 1)r(t 2)j/O)Z\1 a7(b)⑵ f(t)4P -OF ■"■(8)f(k) k[ (k) (k 5)]O3)2 13,2<k(11)f(k) sin(~6)[ (k) (k 7)]fa)■MB -»r1.4 1 L_ K _o! 2 3 4 5 6(k)(12)f(k) 2k[ (3k) ( k)]g 8.I~o| 1 2 3 k(I)1-3写出图仁3所示各波形的表达式解图示各波形的表示式分别为:(a) /(f) — 2e(z — 1)—€(『一1) — F (t — 2.) (b)/ (t ) — (t —1)e (r — 1)—2(/—1)c ( f —1) — (t — 3)c ( / 一3)(= 10sint7rZ )_£(?) 一 M — 1 丿_= 1 — 2(r + 2) £(? + 2) — £(r + l)] + (r — 1) c(t H-l) —— 1)12.Ar>1.LIo i tb/(r)正菠函數—1 O l 23(b) I AO(d)1-4写出图1-4所示各序列的闭合形式表达式解图示各序列的闭台形式表示式分别为：(a)/(A)=讥+ 2) (b)/(A) = —3)——7)(c)/«) =e(-^+2) (d)f(k)= (一1)¥⑷1-5判别下列各序列是否为周期性的。
信号与系统 2.1
所以，特解为
1 2 2 10 y p (t ) = t + t − 3 9 27
8
d 2 y (t ) dt2
+2
d y (t ) d f (t ) + 3 y (t ) = + f (t ) dt dt
7
P1 cos(β t ) + P2 sin (β t )(特征根不等于 ± j β )
Signals & Systems
例：给定微分方程式
d 2 y (t ) dt2
d y (t ) d f (t ) +2 + 3 y (t ) = + f (t ) dt dt
如果已知： (1) f (t ) = t 2 ; (2 ) f (t ) = e t , 方程的特解。 解: (1)由于f(t)=t2，故特解函数式为 代入方程，整理得
10
Signals & Systems
全解举例2.1－1
例 描述某LTI系统的微分方程为 y”(t) + 5y’(t) + 6y(t) = f(t) 求当f(t) = 2e-t，t≥0；y(0)=2，y’(0)= -1时的全解 解: (1) 特征方程为λ2 + 5λ+ 6 = 0 其特征根λ1= – 2， λ2= – 3。齐次解为 yh(t) = C1e – 2t + C2e – 3t （2）当f(t) = 2e – t时，其特解可设为 yp(t) = Pe – t 将其代入微分方程得 Pe – t + 5(– Pe – t) + 6Pe – t = 2e – t 解得 P=1，于是特解为 yp(t) = e – t （3）全解为： y(t) = yh(t) + yp(t) = C1e – 2t + C2e – 3t + e – t 其中 待定常数C1,C2由初始条件确定。 y(0) = C1+C2+ 1 = 2，y’(0) = – 2C1 – 3C2 – 1= – 1 解得 C1 = 3 ，C2 = – 2 最后得全解 y(t) = 3e – 2t – 2e – 3t + e – t , t≥0
信号与线性系统分析习题答案
信号与线性系统课后答案第一章 信号与系统（一）1-1画出下列各信号的波形【式中)()(t t t r ε=】为斜升函数。
（2）∞<<-∞=-t e t f t ,)( （3）)()sin()(t t t f επ= （4）)(sin )(t t f ε= （5）)(sin )(t r t f = （7）)(2)(k t f k ε= （10）)(])1(1[)(k k f k ε-+= 解：各信号波形为 （2）∞<<-∞=-t e t f t ,)(（3）)()sin()(t t t f επ=（4）)fεt=(sin)(t （5）)tf=r(sin)(t（7）)tf kε(k=(2)（10）)f kεk-=(k+]()1(1[)1-2 画出下列各信号的波形[式中)()(t t t r ε=为斜升函数]。
（1）)2()1(3)1(2)(-+--+=t t t t f εεε （2）)2()1(2)()(-+--=t r t r t r t f（5）)2()2()(t t r t f -=ε （8）)]5()([)(--=k k k k f εε（11）)]7()()[6sin()(--=k k k k f εεπ （12）)]()3([2)(k k k f k---=εε 解：各信号波形为 （1）)2()1(3)1(2)(-+--+=t t t t f εεε（2）)2()1(2)()(-+--=t rt rt rtf（5）)2()2()(ttrtf-=ε（8）)]5()([)(--=k k k k f εε（11）)]7()()[6sin()(--=k k k k f εεπ（12）)]()3([2)(kkkf k---=εε1-3 写出图1-3所示各波形的表达式。
1-4 写出图1-4所示各序列的闭合形式表达式。
1-5 判别下列各序列是否为周期性的。
如果是，确定其周期。
信号与系统教案第2章
2.1 LTI连续系统的响应
一、微分方程的经典解
许多实际的系统可以用线性系统来模拟。一个线性系 统其激励与响应之间的关系可以用下列形式的微分方 程来描述：
y(n)(t) + an-1y (n-1)(t) + …+ a1y(1)(t) + a0y (t) = bmf(m)(t) + bm-1f (m-1)(t) + …+ b1f(1)(t) + b0f (t)
第2-7页
2.1 LTI连续系统的响应
齐次解的函数形式仅与系统本身的特性有关，而与激励 f(t)的函数形式无关，称为系统的固有响应或自由响应； 特解的函数形式由激励确定，称为强迫响应。 例1: 描述某系统的微分方程为
y”(t) + 5y’(t) + 6y(t) = f(t) 求（1）当f(t) = 2e-t，t≥0；y(0)=2，y’(0)= -1时的全解；
et[C cos( t) D sin( t)], 或 A cos( t )
其中Ae j C jD
第2-6页
2.1 LTI连续系统的响应
表2－ 不同激励所对应的特解
激励 f (t)
tm
e t
cos( t) 或 sin( t)
特解 yp (t) Pmt m Pm-1t m1 P1t P0 所有的特征根均不等于0；
第2-13页
2.1 LTI连续系统的响应
通常，对于具体的系统，初始状态一般容易求得。这样 为求解微分方程，就需要从已知的初始状态y(j)(0-)设法 求得y(j)(0+)。下列举例说明。
例2：描述某系统的微分方程为 y”(t) + 3y’(t) + 2y(t) = 2f’(t) + 6f(t)
信号与系统陈后金版答案
第二步:求差分方程的齐次 解： 2 求差分方程的齐次 第二步 h [ 0 ] = C 1 + C 2 r −5r /6 +1/ 6 = 0 1 k1 1 k 1 特征方程为: [ ( + 特征方程为=hCk1 ] = )[3 (C 2) ( −) 2 ( 求 ] u [ C ] = 3, C 2 = − 2 h [1] ⇒ ) 出 k1 ∴r =1/ 2, r2 =1/3 2 3 3 1 2
(3) 计算固有响应与强迫响应 计算固有响应与强迫响应:
1 7 1 k 4 1 k y[k ] = [ − ( ) + ( ) ]u[k ] 完全响应: 完全响应 2 2 2 3 3 7 1 k 4 1 k 固有响应: yh [k ] = [− ( ) + ( ) ]u[ k ] 固有响应 2 2 3 3 1 强迫响应: 强迫响应 y p [k ] = u[k ] 2 (4) 计算瞬态响应与稳态响应 计算瞬态响应与稳态响应:
特征根为 s1 = -2, s2 = -5, 又因为 n > m , 所以： 则 h ( t ) = K 1e − 2 t u ( t ) + K 2 e − 5 t u ( t )
h '(t ) = − 2 K 1e −2 t u (t ) + K 1δ (t ) − 5 K 2 e −5 t u (t ) + K 2δ (t ) = − 2 K 1e −2 t u (t ) − 5 K 2 e −5 t u (t ) + ( K 1 + K 2 )δ (t ) h ''(t ) = 4 K 1e −2 t u (t ) − 2 K 1δ (t ) + 25 K 2 e −5 t u (t ) − 5 K 2δ (t ) + ( K 1 + K 2 )δ '(t ) 代入方程有： = K 1 + K 2 = '( t ) = 2 K 2δ ( t ) + 5 K∴K2 + (7/3; K1 )δ −1/3; 2δ '( t ) + 3δ ( t ) 1δ ( t )
陈后金《信号与系统》(第2版)配套题库【名校考研真题+课后习题+章节题库+模拟试题】(上册)
图2-2
3．有一离散时间信号
（1）画出
（2）求序列 学]
使之满足
解：（1）
又 比较上述两式可得： 故如图2-3所示。
[电子科技大
图2-3
4．已知 如图2-4（a），画出
和
的波形。[北
京理工大学]
解：将 反转得 如图2-4（b）所示，将它们相加、减得 ，波形如图2-4（c）、（d）所示。
图2-4 5．已知f（t）的波形如图2-5所示，令r（t）＝tu（t）。
大学]
图1-2 解：因为：
故：
y2（t）的波形如图1-3所示。
图1-3 3．将如图1-4（a）、（b）所示的连续信号展成如下形式：
给出信号
最简单的解析表达形式。[北京航空航天大学]
图1-4
解：（a）该信号可分为两段：
和
可化简为
故
，即：
（b）该信号可分为三段： 可化简为 故
，即
4．求
的值。[北京航空航天大学2006研]
，应该与齐次解有关，即系统的特征根为－1和－3，故特征方程应为 ，即a0＝4，a1＝3。
（2）设系统对激励 rzs（t），则
的零输入响应和零状态响应分别为rzi（t）和
由于
，则由线性时不变系统的微分特性可知
同时，设系统的单位冲激响应为h（t），则由线性时不变系统的叠加性 可知
由式（1）、式（2），并设
陈后金《信号与系统》（第2版）配 套模拟试题及详解
第一部分 名校考研真题 第1章 信号与系统分析导论 一、选择题
1．方程 天大学2007研] A．线性时不变 B．非线性时不变 C．线性时变 D．非线性时变 E．都不对 【答案】B
描述的系统是（ ）。[北京航空航
信号与系统 第二章习题 王老师经典解法(青岛大学)小白发布
2-16 已知 f1 (t ) =
画出下列各卷积的波形。 （1） s1 (t ) = f1 (t ) ∗ f 2 (t ) ； （2） s2 (t ) = f1 (t ) ∗ f 2 (t ) ∗ f 2 (t ) ； （3） s3 (t ) = f1 (t ) ∗ f 3 (t ) 。
2-17 求题图 2-17 所示电路在 e(t ) = (1 + 2e
第二章
连续时间系统的时域分析
2-1 电路如题图 2-1 所示，列写求 vo (t ) 的微分 方程。
L1 1H R1 2Ω + e(t) i 1 (t )
R2 1Ω + L2 2H 题图 2-1
C
1F
i 2 (t )
vo(t)
2-2 电路如题图 2-2 所示， 列写求 i2 (t ) 的微分方 程。
题图 2-18
−2 t
− 1)U (t ) ， 试利用卷积的性质求题
1 0 -1
e2(t)=tU(t) 1 t 0
e3(t)
t 0 1
2-19 一线性时不变的连续时间系统，其初始状态一定，当输入 e1 (t ) = δ (t ) 时，其全响应
r1 (t ) = −3e − tU (t ) ； 当 输 入 e2 (t ) = U (t ) 时 ， 其 全 响 应 r2 (t ) = (1 − 5e − t )U (t ) 。 求 当 输 入 e(t ) = tU (t ) 时的全响应。
2-14 计算卷积 f (t ) = f 1 (t ) ∗ f 2 (t ) ，其中 f1 (t ) = sgn(t − 1) ， f 2 (t ) = e 2-15 求下列卷积 （1） f1 (t ) = e
南邮信号与系统课后答案第二章 ppt课件
xk
yk
h1k
h3 k
h2k
解： hkkh1kh2kh3kh3kh1kh3kh2kh3k
1kukuk1kukk11kuk
2
2
2
2kuk22kuk2k1uk12uk2k1uk1
2k2uk12k1uk12k22k1uk1
1 k 2
4 3
0.5k 2
k 1
k 1
2 3
1k 2
4 3
0.5k 2
4 3
1k 1
8 3
0
.5
k
1
u
k
2 3
1k
1 3
0.5k
4 3
1k
4 3
0.5k
u k
2 1k 0.5k uk
2-25 计算下列卷积
2 2e3tut
解原 ： 式 e3tut2e3tut2ut
1 uk 1 1 uk 3
n 1
n 1
kuk 1 k 2uk 3
k k 1 k 2 uk 3 k 2uk 3
k k 1 k k 2 2uk 3
k k 1 k k 2 2uk 3
k 1
k2
k 1 2 k 2 2uk 3
k 1 2uk 2
(1)yk10.5ykxk1,xk1kuk
3
解： 设h0k 10.5h0k k
特征方程： 0.5 0 特征根： 0.5
h0k c10.5k uk 1
h011 0.5c1 c2 h0k20.5kuk1
h k h 0 k 1 2 0 . 5 k 1 u k 0 . 5 k u k
ykxkh k 1 kuk0 .5 kuk
3
k
信号与系统课后答案 第2章 习题解
第2章 习 题2-1 求下列齐次微分方程在给定起始状态条件下的零输入响应（1）0)(2)(3)(22=++t y t y dt d t y dt d ；给定：2)0(,3)0(==--y dt dy ； （2）0)(4)(22=+t y t y dt d ；给定：1)0(,1)0(==--y dtd y ；（3）0)(2)(2)(22=++t y t y dt d t y dt d ；给定：2)0(,1)0(==--y dt dy ； （4）0)()(2)(22=++t y t y dt d t y dt d ；给定：2)0(,1)0(==--y dtdy ； （5）0)()(2)(2233=++t y dt d t y dt d t y dt d ；给定：2)0(,1)0(,1)0(22===---y dt d y dt d y 。
（6）0)(4)(22=+t y dt d t y dt d ；给定：2)0(,1)0(==--y dtdy 。
解：（1）微分方程的特征方程为：2320λλ++=，解得特征根：121, 2.λλ=-=- 因此该方程的齐次解为：2()t th y t Ae Be --=+.由(0)3,(0)2dy y dt--==得:3,2 2.A B A B +=--=解得:8, 5.A B ==- 所以此齐次方程的零输入响应为:2()85tty t e e--=-.（2）微分方程的特征方程为：240λ+=，解得特征根：1,22i λ=±.因此该方程的齐次解为：()cos(2)sin(2)h y t A t B t =+.由(0)1,(0)1d y y dx --==得:1A =,21B =,解得:11,2A B ==. 所以此齐次方程的零输入响应为:1()cos(2)sin(2)2y t t t =+.（3）微分方程的特征方程为：2220λλ++=，解得特征根:1,21i λ=-± 因此该方程的齐次解为：()(cos()sin())th y t e A t B t -=+.由(0)1,(0)2dy y dx--==得:1,2,A B A =-= 解得:1,3A B ==.所以齐次方程的零输入响应为:()(cos()3sin())ty t e t t -=+.（4）微分方程的特征方程为：2210λλ++=，解得二重根:1,21λ=-.因此该方程的齐次解为：()()th y t At B e -=+. 由(0)1,(0)2dy y dx--==得:1,2,B A B =-=解得:3, 1.A B == 所以该方程的零输入响应为:()(31)ty t t e -=+.（5）微分方程的特征方程为：3220λλλ++=，解得特征根: 1,21λ=-,30λ=. 因此该方程的齐次解为：()()th y t A Bt C e -=++.由22(0)1,(0)1,(0)2d d y y y dx dt---===得:1,1,22A C B C C B +=-=-=. 解得:5,3,4A B C ==-=-.所以方程的零输入响应为:()5(34)ty t t e -=-+.（6）微分方程的特征方程为：240λλ+=，解得特征根:120,4λλ==-. 因此该方程的齐次解为：4()th y t A Be -=+.由(0)1,(0)2d y y dx --==得:1,42A B B +=-=.解得:31,22A B ==-. 所以此齐次方程的零输入响应为:431()22ty t e -=-.2-2 已知系统的微分方程和激励信号，求系统的零状态响应。
信号与系统课后习题答案
t
ε(t) *ε(t) = tε(t)
第2-8页
■
信号与系统 电子教案
4. 卷积的时移特性
若 f(t) = f1(t)* f2(t)， 则 f1(t –t1)* f2(t –t2) = f(t –t1 –t2)
f1(2-τ)
2 f 2( τt )
τ t
-2 1 -1 -1 1
3
τ t
（1）换元 （2） f1(τ)得f1(–τ) （3） f1(–τ)右移2得f1(2–τ) （4） f1(2–τ)乘f2(τ) （5）积分，得f(2) = 0（面积为0）
第2-6页
■
f 1(2-τ ) f 2(τ ) 2 2 τ
第2-1页
■
信号与系统 电子教案 2. 信号的时域分解与卷积积分
f (t)
LTI系统 零状态
2.3
卷积积分
yZS (t)
根据h(t)的Байду номын сангаас义： δ(t) 由时不变性： δ(t -τ)
h(t) h(t -τ) f (τ) h(t -τ)
由齐次性： f (τ)δ(t -τ)
由叠加性：
f ( ) (t ) d
第2-5页
■
信号与系统 电子教案
2.3
卷积积分
2 f 1( τt )
f1(-τ) 图解法一般比较繁琐，但 若只求某一时刻卷积值时 还是比较方便的。确定积 分的上下限是关键。 例：f1(t)、 f2(t)如图所示，已知 f(t) = f2(t)* f1(t)，求f(2) =？ 解： f (2) f 2 ( ) f1 (2 ) d
信号与线性系统-第2章1-3
东南大学 信息科学与工程学院
二、 算子运算法则
1． 算子多项式可进行代数运算；如（p+1）(p+2)=p2+3p+2
1 ⎧ ⎪ p × p ≡ 1; ⎪ ⎨ ⎪ 1 ⋅ p ≠ 1. 除非f (−∞) = 0. ⎪p ⎩
2． 关于相消
3． 由
p⋅ f (t) = p⋅ g(t) ⇒ f (t) = g(t) +C, C = f (−∞) −g(−∞).
k −1
)e
λ1t
+
j = k +1
∑c e
j
n
λ jt
,t ≥ 0
r (0 − ), r ′(0 − ) 定解条件：
r ( n −1) (0 − ).
19:50:15
东南大学 信息科学与工程学院
11
例：二阶串联谐振电路（RLC） ，求响应电流 i(t)。
1H
iL (0− ) = 0 A
i(t)
1F
由此，求出特征根 通解： 定解条件：
+ a 0 = 0.
λ1 , λ 2
n i =1
λ n ，则
。
−
rzi (t ) = ∑ C i e λ i t , t ≥ 0
′(0 − ) r (0 ), r
−
r
( n −1)
(0 ).
重点：特征根的确定；定解
注意：一对共轭根分量
λ1, 2 = α ± jβ
务必合并成变幅振荡
东南大学 信息科学与工程学院
16
二、 初态转化为等效源（图中括号中的字体为拉氏变换的变量）
+
i(t)
i(t )
+
信号与系统实验
实验一 抽样定理与信号恢复一、实验目的1. 观察离散信号频谱，了解其频谱特点；2. 验证抽样定理并恢复原信号。
二、实验原理1. 离散信号不仅可从离散信号源获得，而且也可从连续信号抽样获得。
抽样信号 Fs （t ）=F （t ）·S （t ）。
其中F （t ）为连续信号（例如三角波），S （t ）是周期为Ts 的矩形窄脉冲。
Ts 又称抽样间隔，Fs=1Ts 称抽样频率，Fs （t ）为抽样信号波形。
F （t ）、S （t ）、Fs （t ）波形如图1-1。
t-4T S -T S 0T S 4T S8T S 12T S tt02/1τ1τ2/31τ2/1τ1τ2/31τ2/1τ-(a)(b)(c)图1-1 连续信号抽样过程将连续信号用周期性矩形脉冲抽样而得到抽样信号，可通过抽样器来实现，实验原理电路如图1-2所示。
2. 连续周期信号经周期矩形脉冲抽样后，抽样信号的频谱()∑∞∞--∙=m s s m m SaTsA j )(22s F ωωπδτωτω 它包含了原信号频谱以及重复周期为fs （f s =πω2s 、幅度按ST A τSa （2τωs m ）规律变化的原信号频谱，即抽样信号的频谱是原信号频谱的周期性延拓。
因此，抽样信号占有的频带比原信号频带宽得多。
以三角波被矩形脉冲抽样为例。
三角波的频谱 F （j ω）=∑∞-∞=-K k k sa E )2()2(12τπωδππ抽样信号的频谱Fs （j ω）=式中 取三角波的有效带宽为31ω18f f s =作图，其抽样信号频谱如图1-3所示。
图1-2 信号抽样实验原理图)(2(212s m k s m k k Sa m Sa TS EA ωωωδπτωτπ--∙∙∑∞-∞=-∞=111112ττπω==f 或(b) 抽样信号频谙图1-3 抽样信号频谱图如果离散信号是由周期连续信号抽样而得，则其频谱的测量与周期连续信号方法相同，但应注意频谱的周期性延拓。
信号与系统第二版课后答案
4-4如题图4-4所示是一个实际的信号加工系统，试写出系统的频率特性H(j)。
题4-4图
解由图可知输出
取上式的傅氏变换，得
故频率特性
4-5设信号f(t)为包含0 ~m分量的频带有限信号，试确定f( 3t)的奈奎斯特采样频率。
解由尺度特性，有
即f( 3t)的带宽比f(t)增加了3倍，即=3m。从而最低的抽样频率s=6m。故采样周期和采样频率分别为
解设T为系统的运算子，则可以表示为：
不失一般性，设f(t) =f1(t) +f2(t)，则
；
故有
显然
即不满足可加性，故为非线性时不变系统。
1-6判断下列方程所表示的系统的性质。
(1) (2)
(3) (4)
解(1)线性；(2)线性时不变；(3)线性时变；(4)非线性时不变。
1-7试证明方程 所描述的系统为线性系统。式中a为常量。
读者也可以用图形扫描法计算之。结果见点，则
f1(t) *f2(t) =f1(t) *[(t)+(t2)+(t+ 2)]
=f1(t)+f1(t2)+f1(t+ 2)
结果见图p2-10(b)所示。
图p2-10
2-11试求下列卷积。
(a)
(b)
解(a)因为 ，故
试证明：
(1)
(2)利用(1)的结果，证明阶跃响应
证（1）因为
y(t)=f(t)h(t)
由微分性质，有
y(t)=f(t)h(t)
再由积分性质，有
（2）因为
s(t)=(t)h(t)
由（1）的结果，得
3-1求题3-1图所示周期信号的三角形式的傅里叶级数表示式。
[信号与系统作业解答]第二章
![[信号与系统作业解答]第二章](https://img.taocdn.com/s3/m/90bd92d5240c844769eaeeda.png)
特征方程为 2 3 2 0 ，特征根为 1
1和 2
2。
所以rzi(t) C1e t C2e 2t, t 0
将 rzi(0 ) r (0 ) 2 和rzi(0 ) r(0 ) 1代入可求得
g(t) 1 e 12t cos 3 t 2
1 e 12t sin 3 t u(t)
3
2
由于系统的冲激响应h(t) h(t) e 12t cos 3 t
2
d g(t) ，所以系统的冲激响应为 dt
1 e 12t sin 3 t u(t)
3
2
3）系统的冲激响应满足方程
d dt
h(t)
2h(t)
(t) 3 (t)
电容两端电压不会发生跳变，vc(0 ) vc(0 ) 10V ，所以i(0 ) 0 ；
因此，电阻两端无电压，电感两端电压变成 10V，所以i (0 ) 10 。
（2）换路后系统的微分方程为
i (t) i (t) i(t) e (t) e(t) 20u(t)
t 0 时间内描述系统的微分方程为
i (t) i (t) i(t) 20 (t)
e(t) (1) 0 (2)
整理得：
2vo(t) 5vo(t) 5vo(t) 3vo(t) 2e (t)
2-4 已知系统相应的齐次方程及其对应的 0+状态条件，求系统的零输入响应。
1）
d2 dt 2
r(t)
2
d dt
r(t
)
2r(t)
0 ，给定r(0 )
1 ，r (0 )
2
信号与系统课后习题参考答案
信号与系统课后习题参考答案1试分别指出以下波形就是属于哪种信号？题图1-11-2试写出题1-1图中信号得函数表达式。
1-3已知信号与波形如题图1-3中所⽰,试作出下列各信号得波形图,并加以标注。
题图1-3⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼1-4已知信号与波形如题图1-4中所⽰,试作出下列各信号得波形图,并加以标注。
题图1-4⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼1-5已知信号得波形如题图1-5所⽰,试作出信号得波形图,并加以标注。
题图1-51-6试画出下列信号得波形图:⑴⑵⑶⑷1-7试画出下列信号得波形图:⑴⑵⑶⑷⑸⑹1-8试求出以下复变函数得模与幅⾓,并画出模与幅⾓得波形图。
⑴⑵⑶⑷1-9已知信号,求出下列信号,并画出它们得波形图。
1-10试作出下列波形得奇分量、偶分量与⾮零区间上得平均分量与交流分量。
题图1-101-11试求下列积分:⑴⑵⑶⑷⑸⑹1-12试求下列积分:⑴⑵⑴(均为常数)⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻1-14如题图1-14中已知⼀线性时不变系统当输⼊为时,响应为。
试做出当输⼊为时,响应得波形图。
题图1-14 1-15已知系统得信号流图如下,试写出各⾃系统得输⼊输出⽅程。
题图1-151-16已知系统⽅程如下,试分别画出她们得系统模拟框图。
⑴⑵⑶1-17已知⼀线性时不变系统⽆起始储能,当输⼊信号时,响应,试求出输⼊分别为与时得系统响应。
第⼆章习题2-1试计算下列各对信号得卷积积分:。
⑴(对与两种情况)⑵⑶⑷⑸⑹2-2试计算下列各对信号得卷积与:。
⑴(对与两种情况)⑵⑶⑷⑸⑹2-3试计算下图中各对信号得卷积积分:,并作出结果得图形。
题图2-32-4试计算下图中各对信号得卷积与:,并作出结果得图形。
题图2-42-5已知,试求:⑴⑵⑶2-7系统如题图2-7所⽰,试求系统得单位冲激响应。
已知其中各⼦系统得单位冲激响应分别为:题图2-72-8设已知LTI 系统得单位冲激响应,试求在激励作⽤下得零状态响应。
2-9⼀LTI 系统如题图2-9所⽰,由三个因果LTI ⼦系统级联⽽成,且已知系统得单位样值响应如图中。
《信号与系统》第二版第二章：LTI连续时间系统的时域分析
零状态（zero state）响应 yzs (t ) ：不考虑起始时刻系统储能的作用，即Y(0-) ≡0，由系统的外加激励信号 v (t ) = v (t )u (t ) ≠ 0 所产生的响应。
零输入响应 yzi (t ) ：
5
《信号与系统》
第二章：LTI 连续时间系统的时域分析
∏(p −αi )
i =1
（αi 为互异特征根）
= N (p) ⎡⎣eαnt ∗ ∗ eα1t ∗ v (t )⎤⎦
（2-19）
n
∑ yzs (t ) = 齐次解 Aieαit ＋特解 B (t ) i =1
（2-20）
特解 B (t ) 反映系统输入对输出的强迫。
非零状态线性系统： 定义（非零状态线性系统）：系统 T 的初始状态为X(0-)≠0
令： D (p) pn + an−1pn−1 + ... + a1p + a0
N (p) bmpm + ... + b1p + b0
4
《信号与系统》
有：
第二章：LTI 连续时间系统的时域分析
y
(t)
=
N (p) D(p)
v(t
)
H (p)v(t)
（2-13）
其中，
H
(p)
=
N (p) D(p)
称为系统算子。
≤ ∫ ∫ f (τ ) g (t −τ ) dτ dt ΩΩ
= ∫ f (τ ) ∫ g (t −τ ) dtdτ
Ω
Ω
=∫
f (τ )
g (t ) dτ = 1
f (t) 1
g (t ) 1
《信号与系统》课程讲义2-1
§2.1 微分方程的建立与求解
5.机械类微分方程建立例子 . [例2]:理想火箭推动器模型的微分方程 例 : 火箭 m1
v1 (t )
输入推进力e(t)
k
载荷 m2
输出荷载舱速度 v2 (t )
摩擦系数f1
摩擦系数f2
§2.1 微分方程的建立与求解
解:e(t ) f 1v1 k ( v1 v 2 )dt = m1 dv1 ∫
α + 2α + 3α = 0 α1, 2 = 0(二重),
3 2
rh (t ) = ( At + A2 ) + ( A3 cos 2t + A4 sin 2t ) e 1
α 3, 4 = 1 ± 2 j (一重共轭)
t
§2.1 微分方程的建立与求解
[例3]:求下列微分方程的齐次解形式 例 : ⑤
§2.1 微分方程的建立与求解
iv) e(t ) = te t u(t )
t r (2 t )e,-1为1重特征根,p (t ) = t ( B0 t + B1 )e t t>0时自由项= 代入左端令对应系数相等可得: 0 = 1 , B1 = 3 B 2 t v) e(t ) = e u(t )
§2.1 微分方程的建立与求解
2.网络拓扑约束 . ①电路系统 N i)KVL: v = 0
∑
k =1
k
ii)KCL:
∑i
k =1
N
k
=0
②机械系统:达朗贝尔原理 M i) F =0
∑
i =1
N k =1
i
ii)
∑v
k
=0
§2.1 微分方程的建立与求解
信号与系统课后答案2
A1e −2t
+
2 A2e−8t
故有
uc (0+ ) = A1 + A2 = 6
i(0+ )
=
1 2
A1
+
2 A2
=
0
联解得 A1-=8,A2=-2。故得
uc (t) = 8e−2t − 2e−8t V t ≥ 0
又得
i(t) = −C duc = 4e−2t − 4e−8t A t ≥ 0 dt
1 1
+
p u2 (t)
=
0
即
1 3
p
+ 1u1 (t )
− u2 (t)
=
pf
(t)
( ) − u1(t) + p2 + p +1 u2 (t) = 0
联解得
u2 (t) =
p2
3 + 4p + 4
f (t) =
H ( p) f (t)
故得转移算子为
H（p) =
u2 (t) f (t)
=
p2
3 + 4p + 4
f1(t −1) − f1(t − 2) + f1(t − 3)
y2(t)的波形如图题 2.10(d)所示 2-11．
d f (t)
试证明线性时不变系统的微分性质与积分性质，即若激励 f(t)产生的响应为 y(t)，则激励 dt
产生
∫ ∫ d
的响应为 dt
y(t)
（微分性质），激励
t −∞
f (τ )dτ
故得
3 3
进一步又可求得 uc(t)为
uc
(t )
信号与线性系统分析-(吴大正-第四版)习题答案第二章
第二章2-1已知描述系统的微分方程和初始状态如下，试求其零输入响应。
(1)y''(t) 5y'(t) 6y(t) f (t), y(0) 1, y'(0 ) 1(4)y''(t) y(t) f(t), y(0) 2, y'(0 ) 0解(l)已知方程的特征方程为A2+ 5A + 6 = 0 其特征根为初=-2"? =-36澈分方程的齐次解为央⑴=CL十C代7 由于y(0_) = Kj/70_) =- 1,且激励为零•故有比(0 十〉=y^(0-) = y(O-)= 1 必(0+)=y x(o_)= y(o_)=—i 即并d= G十G = 1 y\(O~) ——2Ci —3G =—1 由上式解得C\ =2,C =-l则系统的零输入响应为y z(n= 2厂孫—色一常d $ 0（4）已知方程的特征方程为A2 -H 1 = 0 其特征根为和=人兀=—人微分方程的齐次解为片（D = Cicos/ + Cg sin/ 由于激励为零，故有>7 （0-r ）=力（。
一）=y（0-）= 2 心（0 十）== y（O-）= 0 即划（0_）= Ci = 23/上（0一）= C?2 = 0则系统的零输人响应为几（f）= 2cosz^ 02-2已知描述系统的微分方程和初始状态如下，试求其0值y（0 ）和y'（0 ）(2)y''(t) 6y'(t) 8y(t) f''(t),y(0 ) 1, y'(0 ) 1, f(t) (t)(4)y''(t) 4y'(t) 5y(t) f'(t),y(0 ) 1,y'(0 ) 2, f (t) e2t (t)解:⑵ y （7）+ 6『⑺一 8了⑺=©"（/） 设/（/> =力一处‘仃）+必（“ +儿（门 则有 丿⑺=必‘（r 〉+处（了）一兀（r ）•f/! （r ） = a ： （r ） + /0（r ）d^同理 y(/) = u (5(z)—人(r) y 2 (r) = /as(r) + 兀(r)dz■ —X 整理得 力"(C + (6u + 6)y (r) + (8a + 6〃 + Cd(r) +L8/2(r)+671(r) + 70(r)]=『⑴<a = 1 = 1・ J 6a 十 Z> = 0=> J )=— 6 丨 8Q + 6〃 + c = 0c = 28r o ・••有 J(O-) - J(O-)= 飞'(r)dr — 6 - Jo. J 0_ =—6 ・：y(0-) = y(0_) — 6 =— 5 (J(r)dr + /i (r)dr J O- ro y Z (0+ ) — y(0_ ) = 8 ( t)dt — 6 8 (/) dz + o_ 0. =28 ■・・y'(0J = 295(/)d/ + Jo. YQ (t)dt(4) /(/) +□></) =-2c_?£(f) + 肮。
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第
1 次课
第二章
连续时间系统特性分析
系统函数定义：
R( S ) H (S ) E (S )
零状态响应的拉氏变换
激励信号的拉氏变换
策动点函数、传输函数和转移函数。 系统函数与系统的单位冲激响应信号的关系:
h(t ) H (s)
h(t )反映了系统时域特性，而 H ( s) 则是在s域中来描述系统
来代替零。
4 3 2 例：已知系统特征方程为 s s 2s 2s 3 0
试判定系统的稳定性。 解：
1 1
2 2 3 3
3 0
R-H数列中：
当
当
0 时，数列变号两次；
2 3
0 时，数列变号两次；
0 0
所以该系统不稳定。
在计算R-H阵列时，如连续两行数字相等或成比例，则 下一行元素全部为0，阵列无法排下去，此时说明系统函 数在虚轴上有极点，这种情况处理如下： 由全零行的前一行元素构成一个辅助多项式；
R(s)
G(s)
Y (s)
Closed-loop System Function
H (s)
整个系统的系统函数称为闭环系统函数，由框图得
R(S ) H (S )Y (S )G(S ) Y (S )
Y (S ) G(S ) N ( s) T ( S ) R( S ) 1 G ( S ) H ( S ) D( s )
2.2
2.2.1
系统函数的极零点分布及稳定
系统函数极零点分布及其时域模型
bm s m bm1 s m1 b1 s b0 H (S ) a n s n a n 1 s n 1 a1 s a 0
（1） 有限S平面内的零极点 （2） 无限远处的零极点 若
nm
从复频域看: 对H(S)的要求：
H(S)的收敛域必须包含虚轴，无论因果系统还是非因果系统。
因果 系统
H ( s) 的极点在S平面的左半平面；(对应BIBO稳定)
(对应临界稳定系统) H ( s) 在虚轴上的极点必须是单阶的。
由前面分析知
bm S m bm ( m n ) lim H ( S ) lim lim s 0 若 n m S S a S n S a n n ( n m ) 说明在无穷大处有一 阶零点； bm ( mn ) bm S m lim s lim H ( S ) lim 若 nm S n S a S a S n n
均是单阶极点，该系统 临界稳定。
解得
1 H (S ) S 1
H ( j ) H ( S )
j ( ) H ( j ) e S j
S j
1 j 1
1 1 2
H ( j )
e jarctg
H ( j )
1 1
2
( ) arctg
2
( )
0
1 1
(0
s 5 s 4 3s 3 3s 2 2s 2 0
3 3 0 6
2 2 0)
辅助多项式:
s 4 3s 2 2
求导
4 3 2 2 3 2
4s 3 6s
2 0 0
R-H数列不变号，说明S的右半平面内无极点。 令
s 4 3s 2 2 0
S1, 2 j S 3, 4 j 2
若 则
e(t ) M e r (t ) M r
说明系统稳定， 其中
Me, Mr
为有限值
r (t ) e(t ) h(t )
r (t ) e(t ) h(t )
Байду номын сангаас
e(t )h( )d
e(t ) h( ) d h( ) d M e M r
说明在无穷大处有一 （m – n）阶极点；
系统函数极零点分布及其时域模型之间的关系：
jω
0
σ
t
t
t
2.2.2
系统的稳定及其条件
稳定系统：对于有界的激励信号产生有界的响应信号； (BIBO Stable Systems) 不稳定系统：对于有界的激励信号产生无限增长的响应信号。 (Unstable Systems) 从时域看：
G(s) H (s) 称为开环增益(Opened-loop System Function)
(1) 因果系统稳定性判断 系统函数分母多项式 D( s) 的几种因子
s
( s a)
原点处的极点 实极点 虚轴上的共轭极点
( s 2 b)
(S j )( S j ) (S ) 2 2 S 2 2 S 2 2 S 2 cS d
共轭复极点 要使系统稳定，需满足：
a 0, b 0, c 0, d 0
结论： D( s) 的系数全部都为正实数；且为下面三种情况之一 ：多项式 D( s) 系数无缺项（ a0 除外）；缺全部偶次项；缺全 部奇次项。（必要条件）
（2）罗斯-霍维茨判据（1877年、1895年罗斯和霍维茨先后提出）
m
m 1
2.1.1 极点零点分布图表示
H (S ) H 0 (S Z1 )( S Z 2 )( S Z m ) (S P 1 )( S P 2 ) ( S P n)
H(S) S S 2 S 1
1 2
j
3 2
0
S平面
2.1.2 频率特性描述
H ( j ) H ( S )
在满足上述条件但又无法断定系统的稳定性时，使用该准则。
系统的特征方程为：
an s n an1s n1 a1s a0 0
a n 6 a 0 a n 7
a n a n2 a n4 a n 1 a n 3 a n 5
An An 1 An 2 An 3 A2 A1 A0 Bn Bn 1 Bn 2 Bn 3 B2 0 0 Cn C n 1 C n2 C n 3 0 0 0 Dn Dn 1
bm S m lim bm s ( m n ) 0 lim H ( S ) lim S a S S a S n n n
说明在无穷大处有一 （n - m）阶零点； 若
nm
bm ( mn ) bm S m lim s lim H ( S ) lim n S a S S a S n n
说明在无穷大处有一 ( m
n)阶极点； m n 1
而对策动点函数， n m 1 且零极点均在平面左半平面
H (S ) N (S ) D( S )
1 D( S ) H (S ) N (S )
m n 1
n m 1
n m 1
对稳定的转移函数： m n 例如：设 H ( s) 为转移函数且 m n 1 ，则 H (S ) AS B 1 D( S ) 其中A为常数 若
，
B1 0
2 1 1 6 11 0 6 0
A 1
11 6 A0 6 11
在罗斯-霍维茨数列中，符号变化了两次，说明有两 个右半平面的根，所以系统不稳定。
计算R-H阵列时，有时出现 Ai 0 的情况
处理方法：将特征方程乘以因式 ( s 1) ； 用一个无穷小量
e(t ) sin t (t )
AS S2 2
N (S )
则
E (S )
S2 2
响应中必含有
项，对应的时域模式为： A cos t (t )
说明响应随频率的无限趋大而趋于无穷大。
2.2.3
反馈系统(Linear Feedback Systems)
反馈系统——输出或部分输出反过来馈送至输入，从而引起 输出本身变化的系统。 简化的反馈系统的方框图如下：
表中：
An an , An1 an1 , Bn an2 , Bn1 an3
递推公式为：
Ai 1 Ai Bi 1 Ai 1 Bi Ai
Bi 1 Ai Ci 1 Ai 1Ci Ai
罗斯-霍维茨阵列。
Ci 1
Ai Di 1 Ai 1 Di Ai
对辅助多项式求导，并用导数的的系数代替全零行，继续 罗斯-霍维茨阵列的计算； 令辅助多项式等于0，并求根，判断根的阶数，是否单阶；
罗斯-霍维茨数列是否变号。
R-H数列变号，系统不稳定；不变号的情况下，虚轴上有单 阶极点，系统临界稳定，否则不稳定。
例：系统特征方成为 判断系统的稳定性。 解：
特性，如系统的稳定性、零极点位置等。
从分析系统的角度看，通过分析系统函数，可以知 道系统零极点的分布情况、系统的稳定性及系统的 频响特性等基本特性。
从系统综合(设计)角度看，给定系统的技术指标，找 出相应的系统的零极点及系统函数，就可用相应的模 型加以实现。
2.1
系统函数的表示法
bm s bm1 s b1 s b0 H (S ) n n 1 a n s a n 1 s a1 s a 0
称
An , An 1 , , A0 为罗斯-霍维茨数列。
罗斯-霍维茨判据：在满足前述结论的条件下，在罗斯-霍 维茨数列中，顺次计算的符号变换的次数等于方程所具有 的实部为正的根数。 例：设系统特征方程为 试判断该系统是否稳定。 解：
2s 3 s 2 s 6 0
1 2 6 11 1
结论：
+∞