7.9 二十四道自编检查题与完整解析|数学物理方法

数学物理方法 · 7.9 二十四道自编检查题与完整解析
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第七章 / 7.9

二十四道自编检查题与完整解析

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7.9 · 全章复习 · 自编检查题

练习1 由定义求变换并写收敛域

求,说明在时代数式有值是否代表积分存在。

展开解析:代数表达与积分收敛要分开

结果为,收敛域。在代数式有限,但被积函数模按增长,原拉氏积分不收敛。那个有限值属于表达式的延拓值。

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练习2 用基础表处理线性组合

求。

展开解析:频率系数放在分子

线性拆开得,可取。第一项分子是,不是2。

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练习3 分数幂与原点可积性

求与;是否也可这样得到普通变换?

展开解析:指数必须大于-1

分别为与,在取相容分支。在0的积分发散,不能把硬代进只适用于的公式。

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练习4 时间缩放

已知,求与。

展开解析:两种写法互相核对

前者,后者。用检验,分别为与,与直接积分一致。

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练习5 指数位移与配方

求及。

展开解析:识别同一对变换

前者为,逆变换就是。准确收敛域为,虽然也是一个更保守的可用区域。

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练习6 乘$t$与像函数求导

求。

展开解析:先位移再求负导数

基本像函数为。取对的负导数,得,收敛域。

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练习7 时间导数带什么初值

设,求,并用验证。

展开解析:先算右极限

,所以。当化为,与的变换一致。

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练习8 非零初值的一阶方程

解。

展开解析:初值不能删

变换后,所以。解为。初值3,代回得到1。

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练习9 非零初值的二阶方程

解。

展开解析:两项初值都进入分子

,所以,解为。初导数为2,符合条件。

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练习10 时间累积

不先计算时间积分,求。

展开解析:先看积分结构

,累积一次除,结果为,可取。

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练习11 真正的延迟

求,并逆变换。

展开解析:开关与函数参数一起移动

前者为。后者为;不能写成无开关的,也不能保留原参数写成。

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练习12 只延迟启动,参数没有移动

求与。

展开解析:先改写延迟后的函数

第一式重写,得。第二式令,正弦变成,结果为。如果保留正弦表项,说明相位没跟着改。

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练习13 分段斜坡

在,在。求变换。

展开解析:减掉继续增长的部分

,所以。用实数看,与长期平台值2相符。

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练习14 有限矩形脉冲

幅度3、从开启到关闭的脉冲,求变换并写逆向对应。

展开解析:两个开关相减

,。两端是否取3不影响积分。实数时,等于总面积。

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练习15 周期矩形波

每个周期中,前1单位时间为1,后1单位时间为0,求像函数。

展开解析:一个周期积分再求几何级数

一个周期积分,所以,。不是把周期当成1;约分后分母有加号不表示原波形本身反周期。

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练习16 卷积不是逐点乘法

取,比较和。

展开解析:最简单的反例

,变换为;卷积,变换为。后者才等于。

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练习17 乘积逆变换

求,分别用卷积和部分分式说明。

展开解析:两种方法相互验证

部分分式为,所以。卷积为,相同。

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练习18 卷积积分方程

解。

展开解析:收集像函数

,所以,。原式右边,且。

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练习19 简单极点与配方

求。

展开解析:分子要配成同一中心

,故结果为。用简单极点留数也能得到同一对共轭贡献。

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练习20 重极点的阶乘

求与。

展开解析:两类重分母分别识别

第一式为。第二式用,再位移,得。不要因分母平方就一律按一个实二阶极点处理;第二式实际有两个共轭二阶极点。

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练习21 带延迟的受迫方程

解,。

展开解析:先找无延迟响应

。无延迟逆变换,故。启动前为0;启动后满足,在启动处连续,没有额外冲激。

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练习22 方程组的初值

解,。

展开解析:先代数消元

,得到。所以。分母为减号,不能写成;两条导数关系和初值都满足。

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练习23 误差函数的逆变换

求,说明为什么不能把两个逆变换直接相乘。

展开解析:乘积对应累积卷积

由7.5的推导,结果为。先拆成,再卷积得到。逐点相乘会错误得到,它在0附近发散,而正确答案从0连续增长。

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练习24 冲激与普通函数边界

求,并说明为何它不是一个普通连续函数。

展开解析:先做多项式除法

,因果广义函数逆变换为。像函数在实时趋于1,不能由本章满足存在定理的普通连续函数单独实现;冲激项正好提供常数1。

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43 学完后怎样练到独立解题

先完成检查题1—14、16—20,对应基本公式、初值、分段和逆变换;再完成周期、延迟方程、方程组、误差函数与冲激的题,确认条件没有混淆。

回到原书,建议顺序为1和2建立公式熟练度,6练逆变换,7练初值问题,再做3—5的波形与证明,最后做8—9的卷积应用。特殊函数表先按需查,不要为了背完附表拖住整个章节。

卡住时先判断是“不会把时间表达式拆对”,还是“已经拆对但代数不会算”。前者回看两种位移、两种微分和阶跃改写;后者练部分分式、配方与留数。做到能自己写出每一步的依据、条件与检验,本章就不再是一堆互相打架的公式。

来源、编排与掌握要求

依据用户提供的严镇军《数学物理方法》扫描本第七章整理;正文印刷页169—190;附表191—197上部,章末习题197下部—201。扫描PDF文件页序等于印刷页码加6。按原书节序覆盖各主题,以重新讲解、推导主线和例题说明组织,未逐字复制原文。自编检查题与原书习题分开编号,原书题号可在本章习题路线中查找;本文件不声称是全部原书习题的逐题答案册。

第一轮优先掌握能独立做题所需的概念、步骤和适用条件;背景、证明及拓展均说明用途和暂缓深究的边界。第七章含24道自编检查题及完整解析。公式与SVG内嵌,可离线阅读;屏幕答案默认折叠,打印时自动展开。整理日期:2026年10月22日。