信号与系统第3章习题
信号系统(第3版)习题解答

文档《信号与系统》(第3版)习题解析高等教育出版社目录第1章习题解析 (2)第2章习题解析 (6)第3章习题解析 (16)第4章习题解析 (23)第5章习题解析 (31)第6章习题解析 (41)第7章习题解析 (49)第8章习题解析 (55)第1章习题解析1-1 题1-1图示信号中,哪些是连续信号?哪些是离散信号?哪些是周期信号?哪些是非周期信号?哪些是有始信号?(c) (d)题1-1图解 (a)、(c)、(d)为连续信号;(b)为离散信号;(d)为周期信号;其余为非周期信号;(a)、(b)、(c)为有始(因果)信号。
1-2 给定题1-2图示信号f ( t ),试画出下列信号的波形。
[提示:f ( 2t )表示将f ( t )波形压缩,f (2t)表示将f ( t )波形展宽。
](a) 2 f ( t - 2 ) (b) f ( 2t )(c) f ( 2t)(d) f ( -t +1 )题1-2图解 以上各函数的波形如图p1-2所示。
图p1-21-3 如图1-3图示,R 、L 、C 元件可以看成以电流为输入,电压为响应的简单线性系统S R 、S L 、S C ,试写出各系统响应电压与激励电流函数关系的表达式。
题1-3图解 各系统响应与输入的关系可分别表示为)()(t i R t u R R ⋅= tt i Lt u L L d )(d )(= ⎰∞-=tC C i Ct u ττd )(1)(1-4 如题1-4图示系统由加法器、积分器和放大量为-a 的放大器三个子系统组成,系统属于何种联接形式?试写出该系统的微分方程。
S RS LS C题1-4图解 系统为反馈联接形式。
设加法器的输出为x ( t ),由于)()()()(t y a t f t x -+=且)()(,d )()(t y t x t t x t y '==⎰故有)()()(t ay t f t y -='即)()()(t f t ay t y =+'1-5 已知某系统的输入f ( t )与输出y ( t )的关系为y ( t ) = | f ( t )|,试判定该系统是否为线性时不变系统?解 设T 为系统的运算子,则可以表示为)()]([)(t f t f T t y ==不失一般性,设f ( t ) = f 1( t ) + f 2( t ),则)()()]([111t y t f t f T == )()()]([222t y t f t f T ==故有)()()()]([21t y t f t f t f T =+=显然)()()()(2121t f t f t f t f +≠+即不满足可加性,故为非线性时不变系统。
第3章 习题解答

第三章 习题解答(部分)[1]求以下序列)(n x 的频谱()j X e ω,其中0a >。
(2)()an e u n - (5)0sin()()an e n u n ω-解:对题中所给的)(n x 先进行z 变换,再求其频谱。
(2)由于111)]([)(----==ze n u e Z z X a an ,所以ωωωj a ez j e e z X e X j --=-==11)()(。
(5)由于aa a ane z e z e z n u n eZ z X 2201010cos 21sin )]()sin([)(-------+-==ωωω,所以ωωj e z j z X e X ==)()(aj a j a j e e e e e e 2200c o s 21s i n ------+-=ωωωωω [2] 设()j X e ω和()j Y e ω分别是()x n 和()y n 的傅里叶变换,试求下面序列的傅里叶变换。
(7)(2)x n (8)(),()20n x n g n n ⎧⎪=⎨⎪⎩=偶,=奇解:(7)2)()2()]2([ωωn jn n jn en x en x n x DTFT -∞∞-∞=-∑∑==为偶数 2)]()1()([21ωn j nn e n x n x -∞-∞=-+=∑)(21)(21)(21)(212222⎪⎭⎫⎝⎛+∞-∞=⎪⎭⎫⎝⎛+-∞-∞=-+=+=∑∑πωωπωωj j n n j n n j e X e X e n x e n x(8))()'()2/()]([2''2ωωωj n n j n jn e X en x en x n g DTFT ===∑∑∞-∞=-∞-为偶数[3]求出下面序列的傅里叶变换(1))5(2)(-δ=n n x (4))3()2()(--+=n u n u n x解:由DFT 定义有:(1)ωωωδ52)5(2)(j n jn j e en e X -∞-∞=-=-=∑(4)ωωωωωωj j j n jn n jn j ee e een u n u e X ---=-∞-∞=---==--+=∑∑1)]3()2([)(3222⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--=------ωωωωωωωωωωωω21sin 25sin 11222225252525j j j j j j j j j j e e e e e e e e e e [5]已知001,()0,j X e ωωωωωπ⎧≤⎪=⎨<≤⎪⎩,求()j X e ω的傅里叶逆变换()x n 。
【信号与系统(郑君里)课后答案】第三章习题解答

3-1 解题过程:(1)三角形式的傅立叶级数(Fourier Series ,以下简称 FS )f ( t ) = a ++∞cos ( n ω t) + b sin ( n ω t ) a 0 ∑ n 1n 1 n =1式中ω1 =2π,n 为正整数,T 1 为信号周期T 11 t +T(a )直流分量a 0 = 0 ∫ 1 f ( t ) dtT1 t2 t +T(b )余弦分量的幅度a n = 0∫ 1f ( t ) cos ( n ω1t ) dtT1 t 02 t +T(c )正弦分量的幅度b n = 0 ∫ 1f ( t ) sin ( n ω1t ) dtT 1 t(2)指数形式的傅立叶级数+∞f ( t ) = ∑ F ( n ω1 )e jn ω1tn =其中复数频谱F n= F ( n ω1 ) = 1 ∫t 0 +T 1f ( t ) e − jn ω1t dt T 1 t 0F n =1( a n − jb n ) F − n = 1 ( a n + jb n ) 2 2由图 3-1 可知, f ( t ) 为奇函数,因而a 0 = a n = 04 Tb n = T ∫02= 2Eπ n4TE−2EEf (t ) sin ( n ω t ) dt =sin ( n ω t ) dt = cos ( n ω t = 1 − cos ( n π2T 1 ∫0 2 1 n t 1 n ) 1n = 2, 4,n = 1, 3,所以,三角形式的 FS 为2 E1 12π f ( t ) =sin ( ω1t ) +sin ( 3ω1t ) +sin ( 5ω1t ) +ω1 =π 3 5T指数形式的 FS 的系数为1n = 0, ±2, ±4,F n = − jb n jE=2 n = 0,−± 1, ±3,n π1所以,指数形式的 FS 为f ( t ) = − jE π ej ω1t+ πjE e − j ω1t − 3jE π e j 3ω1t + 3jEπ e − j 3ω1t +3-15 分析:半波余弦脉冲的表达式 f ( t ) =πτ E cos t u t+ τ 2求 f ( t ) 的傅立叶变换有如下两种方法。
《信号与系统》奥本海姆第三章

周期性方波序列的频谱
N1 2 N 10
N1 2 N 20
k
k
N1 1 N 10
k
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x ( r )e
j
2 kr N
1 ak m
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4. Paseval定理
DFS x(n) ak
成谐波关系的复指数信号集:
k (n) {e
j (k 2 )n N
}, k 0, 1, 2,...
公共周期为N,集合中只有 N 个信号是彼此独立。 一个周期为N的序列有:
x[ n ] ak e
k j(k 2 )n N
k N
ak e
j (k
2 )n N
,其中 k 为N个相连的整数
2 rn N
N ar
1 N
即
1 ar N
2 rn N
n N
n N
x ( n ) e jr 0 n , 0
2 N
一个周期为N的序列有:
x(n)
ak 1 N
k N
ak e
j
2 kn N
DFS
j 2 kn N
n N
Wang Zhengyong
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信号与线性系统题解第三章

第三章习题答案da3.1 计算下列各对信号的卷积积分()()()y t x t h t =*:(a) ()()()()t tx t e u t h t e u t αβ==(对αβ≠和αβ=两种情况都做)。
(b) 2()()2(2)(5)()tx t u t u t u t h t e =--+-=(c) ()3()()()1tx t eu t h t u t -==-(d) 5,0()()()(1),0tt t e t x t h t u t u t e e t -⎧<⎪==--⎨->⎪⎩(e) []()sin ()(2)()(2)x t t u t u t h t u t π=--=--(f) ()x t 和()h t 如图P3.1(a)所示。
(g) ()x t 和()h t 如图P3.1(b)所示。
图P3.1 解:(a) ()()0()()()(0)t ttty t x t h t eed eed t βτατβαβτττ------=*==>⎰⎰当αβ≠时,()1()()ttey t e u t αβββα----=-当αβ=时,()()t y t te u t α-=(b) 由图PS3.1(a)知, 当1t ≤时,252()2()22(2)2(5)021()22t t t t t y t ed ed e e e ττττ----⎡⎤=-=-+⎣⎦⎰⎰ 当13t ≤≤时,252()2()22(2)2(5)121()22t t t t t y t ed ed e e e ττττ-----⎡⎤=-=-+⎣⎦⎰⎰ 当36t ≤≤时,52()2(5)211()2t t t y t ed e e ττ---⎡⎤=-=-⎣⎦⎰ 当6t >时,()0y t =(c) 由图PS3.1(b)知,当1t ≤时,()0y t = 当1t >时,133(1)01()13t t y t ed e ττ----⎡⎤==-⎣⎦⎰3(1)1()1(1)3t y t e u t --⎡⎤∴=--⎣⎦(d) 由图PS3.1(d)知: 当0t ≤时,11()tt t t y t e d e eττ--==-⎰当01t <≤时,055(1)1014()(2)255t ttt t y t e d e e d e eeτττττ-----=+-=+--⎰⎰当1t >时,555(1)(1)111()(2)2255t tt tt t y t e ed eeeeτττ------=-=-+-⎰(e) 如下图所示:(f) 令()11()(2)3h t h t t δ⎡⎤=+--⎢⎥⎣⎦,则11()()()(2)3y t x t h t x t =*-- 由图PS3.1(h)知,11424()()()()(21)333t t y t x t h t a b d a t b ττ-=*=+=-+⎰2411()(21)(2)()3333a y t tb a t b a t b x t ∴=-+---=+= (g) ()x t 是周期信号,由此可推知()()()y t x t h t =*也是周期的,且周期也为2。
信号与系统第三章答案1

时移性
Q 根据傅里叶变换的线性性质可得: 1 U (t ) « p d (w ) + jw 1 U (t - 3) « e - j 3w (p d (w ) + ) 时移性 jw 1 1 = e - j 3wp d (w ) + e - j 3w = p d (w ) + e - j 3w jw jw 1 1 \ U (t ) - U (t - 3) « p d (w ) + - p d (w ) - e - j 3w jw jw 1 = (1- e - j 3w ) jw
2p 5p t ) + 4sin( t ) , 将其表示成复指数信号形 3 3
式,求 Fn ( jnw0 ) ,并画出双边幅度谱和相位谱。
p 解:由三角关系式 sin(a ) = cos(a - ) 可将原式化为: 2 2p 5p p f (t ) = 2 + cos( t ) + 4 cos( t - ) 3 3 2
f (-t ) « F (- jw ) f (t )e ± jw0t « F ( j (w m w0 ) 可得: f (t + 3) « e jw 3 F ( jw ) 1 jw 3 w f (3 + 2t ) « e 2 F ( j ) 2 2 1 - jw 3 w f (3 - 2t ) « e 2 F (- j ) 2 2 (w -1) 1 - j3 (w - 1) jt e f (3 - 2t ) « e 2 F (- j ) 2 2
3.7 一连续周期信号 f (t ) ,周期 T=8,已知其非零傅里叶复系数是:F1 = F-1 = 2 ,
F3 = F-*3 = 4 j ,试将 f (t ) 展开成三角型傅里叶级数,求 An 并画出单边幅度谱和相
信号与系统 第三章 周期信号的傅里叶级数展开

2 n 2
T1
f (t ) dt
F ( n1 )
左边是周期信号f(t)在一个周期里的平均功率(即单位时间内的能量)
2 2 1 1 2 jnt F ( n ) e dt F ( n ) dt F ( n ) 而同时有 T 1 1 1 T1 1 T1 T1
n 1
——余弦形式
x(t ) d 0 d n sin( n1t n )
n 1
——正弦形式
(1). f (t ) a0 an cosnt bn sin nt
n1
三角函数形式
(2). f (t ) A0 An cos(nt n )
而无物理意义。将来可以看出,指数函数形式比正弦函数形式在数 学上处理起来要方便的多。
§3.2 周期矩形脉冲的谱线特点
x(t )
E
T1
t
2 2
T1
脉冲为 ,脉冲高度为E,周期为T1
1 21 1 E 1 jn1t jn1t 2 X (n1 ) T1 x(t )e dt E e dt e jn1t T1 2 T1 2 T1 jn1 jn jn 1 2E 1 1 2 2 e sin(n1 ) e jn1T1 2 n1T1 sin(n1 ) E E 2 Sa (n1 ) T1 n T1 2 1 2
电子信息与电气工程学院
本章内容
连续时间周期信号的傅立叶级数表示 周期矩形脉冲的谱线特点
§3.1 连续时间周期信号的傅立叶级数表示
{1, cos n1t ,sin n1t} n=1,2, , 是一个完备的正交函数集
信号与系统 第3章(xin ) 信号的频域分析

3 信号的频域分析
2.基本形式(三角形式)
满足狄氏条件的任一周期信号都是由cos,sin组成。 连续周期信号的基本形式可以表示为:
a0 f ( t ) ( ak cos k0 t bk sin k0 t ) 2 k 1
2 T 其中:a0 2T f (t )dt T 2
a0 f ( t ) An cos( k0 t n ) 2 t
2 其中:a0 f ( t )dt 是 k 的 偶 T
An ak bk
2
2
函数
bk n arctan ak
是k的奇函 数
3 信号的频域分析
2.基本形式
满足狄氏条件的任一周期信号都是由cos,sin组成。 离散周期信号的基本形式可以表示为:
1 n
f1 (t )
(t nT )
n
重复性、定义域、n、周期等四个要素
3 信号的频域分析
§3.1.1 周期信号的展开( expansion )
离散周期信号:
f (n) f (n iN ); n (, ); i 0, 1, 2, ; N C f (n iN )
jk0 t0 jk
有 fT ( t -t0 ) e
C( jk0 ) 2 C( jk ) N
f N ( n n0 ) e
2 n N 0
3 信号的频域分析
§3.1.3 离散频谱的性质
3. 比例特性
若
2 fT ( t ) / f N ( n ) C( jk0 ) / C( jk ) N jk t 0 1 T 2 a
3 信号的频域分析
§3.1.3 离散频谱的性质
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信号与系统第3章习题
一、选择题
1、已知)(∙x 为系统的输入,)(∙y 为系统的输出,且系统满足IR 条件,则下列描述LTI 系统的是( )
A.)()()(t x t ty t y =+'
B. )()(5)(2)(2t x t y t y t y =+'+''
C.1)()1(5.0)(+=-+k x k y k y
D. )1()2(2)(-=-+k x k y k y
2、已知系统微分方程为
)()(2)(t x t y dt t dy =+,若1)0(=+y ,)()2sin()(t u t t x =,解得全响应为)452sin(4245)(02-+=-t e t y t ,0≥t 。
全响应中)452sin(4
20-t 为( ) A.零输入响应分量 B.零状态响应分量 C.自由响应分量 D.稳态响应分量
3、一个线性时不变的连续时间系统,其在某激励信号作用下的自由响应为)()(3t u e e t t --+,强迫响应为)()1(2t u e 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)()(3t u e e t t --+
D.零状态响应中一定包含)()1(2t u e t --
4、已知一个LTI 系统的初始无储能,当输入 )()(1t u t x =时,输出为+=-)(2)(2t u e t y t )(t δ,当输入)(3)(t u e t x t -=时,系统的零状态响应)(t y zs 是( )
A.)()129(3t u e e t t --+-
B.)()1293(3t u e e t t --+-
C.)(8)(6)(2t u e t u e t t t --+-δ
D.)(12)(9)(32t u e t u e t t t --+-δ
5、线性时不变系统的冲激响应曲线如图所示,该系统微分方程的特征根是( )
A.常数
B.实数
C.复数
D.实数+复数
6、卷积)()()(t t x t δδ**的结果为( )
A.)(t δ
B.)2(t δ
C. )(t x
D.)2(t x
7、若),()()(t y t h t x =*则)3()3(t h t x *等于( )
A.)3(t y
B.)3(3t y
C.
)3(31t y D.)3(t y 8、一线性系统的零输入响应为)()32
(k u k k --+,零状态响应为)(2)1(k u k k +,则该系统
的阶数( )
A.肯定是二阶
B.肯定是三阶
C.至少是二阶
D.至少是三阶
9、信号)(1t x 和)(2t x 如下图所示,)()()(21t x t x t x *=,则)1(-x 等于( )
A.1
B.-1
C.1.5
D.-0.5
10、离散时间单位延迟器D 的单位脉冲响应为( )
A.)(k δ
B.)1(+k δ
C.)1(-k δ
D.1
11、)1()(-*k u k u 等于( )
A.)()1(k u k +
B.)1(-k ku
C.)()1(k u k -
D.)1()1(--k u k
12、下列等式不成立的是( )
A.)()()()(210201t x t x t t x t t x *=+*-
B. )]([)]([)]()([2121t x dt
d t x dt d t x t x dt d *=* C.)()()(t x t t x '='*δ D.)()()(t x t t x =*δ 13、序列和
∑-∞=-k
i i
i )2(2δ等于( ) A.1 B.4 C.)(4k u D.)2(4-k u
14、离散信号)(1k x 和)(2k x 如下图所示,设)()()(21k x k x k x *= , 则)2(x 等于( )
A.1
B.2
C.3
D.5
15、已知 =)(1k x {2(k=0),3,-1},=)(2k x {3,1(k=0),0,0,2},则卷积和)()(21k x k x *等于( )
A.{6, 11(k=0), 0, -1, 4, 6, -2}
B.{6(k=0), 11, 0, -1, 4, 6, -2}
C.{6, 11(k=0), 0, 1, -4, 6, -2}
D.{6(k=0), 11, 0, 1, -4, 6, -2}
二、判断题
1、用一个系统模拟另一个系统是基于它们具有相同的数学方程( )
2、一个系统的零状态响应就等于它的自由响应( )
3、若系统初始状态为零,则系统的零状态响应就是系统的强迫响应( )
4、卷积的方法只适用于线性非时变系统的分析( )
5、若)(t x 和)(t y 均为奇函数,则)()(t y t x *为偶函数( )
6、已知)1()1()(1--+=t u t u t x ,)2()1()(2---=t u t u t x ,则)()(21t x t x *的非零值区间为[0,3]( )
7、若)()()(t h t f t y *=,则)()()(t h t f t y -*-=-( )
8、若)()()(t h t f t y *=,则)1()2()1(+*-=-t h t f t y ( )
9、两个线性非时变系统级联,其总的输入输出关系与它们在级联中的次序没有关系( )
三、简答题
1、连续时间系统的数学描述是什么?离散时间系统的数学描述是什么?线性非时变系统的数学描述又是什么?
2、单位冲激(脉冲)响应是系统在)(t δ或)(k δ激励下产生的零状态响应,为什么又说它与输入无关?
3、线性非时变系统零状态响应为输入信号与单位冲激(脉冲)响应的卷积,其根据是什么?
4、为什么说系统的单位冲激响应)(t h 或单位脉冲响应)(k h 既可以认为是零状态响应,也可以认为是零输入响应?
5、两个等宽的矩形脉冲信号的卷积结果为一等腰三角形,两个不等宽的矩形脉冲信号的卷积结果为一等腰梯形,且该梯形的上底为两矩形脉冲信号宽度之差,下底等于两矩形脉冲信号宽度之和,上述结论是否正确?
6、系统的完全响应可以分解为零输入响应和零状态响应,瞬态响应与稳态响应,固有响应与强迫响应,它们之间有何区别和联系?
7、连续时间系统和离散时间系统的时域分析有何异同?
四、计算题
教材P123习题:3-15、3-21、3-31、3-32。