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2021年11月23日 星期二

110年專技高考-電機工程技師-工程數學詳解

 110年專門職業及技術人員高等考試

等 別: 高等考試
類 科: 電機工程技師
科 目: 工程數學( 包括線性代數、 微分方程、 複變函數與機率)

解答f(t)=2t2+t0f(tτ)eτdτL{f(t)}=L{2t2}+L{t0f(tτ)eτdτ}F(s)=22s3+L{f(t)}L{et}=4s3+F(s)1s+1ss+1F(s)=4s3F(s)=4s3+4s4L1{F(s)}=L1{4s3}+L1{4s4}f(t)=2t2+23t3
解答y=y2e2x1y2dy=e2xdx1y=12e2x+C11y=12e2xC1y=112e2xC1=2e2xC2=2e2x1C2e2xy=2e2x1Ce2x,C


解答a0=12πππf(x)dx=12πππxx2dx=12π[12x213x3]|ππ=13π2an=1πππf(x)cos(nx)dx=1πππ(xx2)cos(nx)dx=1πππx2cos(nx)dx(xcos(nx))=1n3π[(n2x22)sin(nx)+2nxcos(nx)]|ππ=1n3π×4nπcos(nπ)=4n2(1)nbn=1πππf(x)sin(nx)dx=1πππ(xx2)sin(nx)dx=1πππxsin(nx)dx(x2sin(nx))=1n2π[sin(nx)nxcos(nx)]|ππ=1n2π×(2nπ)cos(nπ)=2n(1)nf(x)=a0+n=0ancos(nx)+bnsin(nx)=13π2+n=0(4n2(1)n)cos(nx)+(2n(1)n)sin(nx)f(x)=13π2n=0(1)n(4n2cos(nx)+2nsin(nx)),x(π,π)

解答{x(t)=t3y(t)=tz(t)=t2{dx=3t2dtdy=dtdz=2tdtcxdxyzdy+ezdz=21t33t2dt(t3)(dt)+et22tdt=213t5t3+2tet2dt=[12t614t4+et2]|21=1114+e4e

解答f(x,y,z)=x2yxy2+xz2{fx=2xyy2+z2fy=x22xyfz=2xzf=(fx,fy,fz){P(1,1,1)Q(1,2,1)u=PQ=(0,1,0)f(P)u=(2,3,2)(0,1,0)=3
解答
(一)det(二)\det(A-\lambda I)=0 \Rightarrow  \begin{vmatrix} 3-\lambda & 0 & -2\\ 0 & 2-\lambda & 0 \\ -2 & 0 & -\lambda\end{vmatrix} =0 \Rightarrow -\lambda(\lambda-2)(\lambda-3)-4(2-\lambda)=0\\ \Rightarrow (\lambda-2)(-\lambda^2+3\lambda+4)=0 \Rightarrow (\lambda-2)(\lambda-4)(\lambda+1)=0 \Rightarrow \lambda= -1,2,4\\ \lambda_1=-1 \Rightarrow (A-\lambda_1 I)X=0 \Rightarrow \begin{bmatrix} 4 & 0 & -2\\ 0 & 3 & 0 \\ -2 & 0 & 1\end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_1\\ x_2 \\ x_3 \end{bmatrix} =0 \Rightarrow \cases{2x_1=x_3\\ x_2=0},取v_1= \begin{bmatrix} 1\\ 0 \\ 2\end{bmatrix} \\ \lambda_2=2 \Rightarrow (A-\lambda_2 I)X=0 \Rightarrow \begin{bmatrix} 1 & 0 & -2\\ 0 & 0 & 0 \\ -2 & 0 & -2\end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_1\\ x_2 \\ x_3 \end{bmatrix} =0 \Rightarrow \cases{x_1=0\\  x_3=0},取v_2= \begin{bmatrix} 0\\ 1 \\ 0 \end{bmatrix} \\\lambda_3=4 \Rightarrow (A-\lambda_3 I)X=0 \Rightarrow \begin{bmatrix} -1 & 0 & -2\\ 0 & -2 & 0 \\ -2 & 0 & -4\end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_1\\ x_2 \\ x_3 \end{bmatrix} =0 \Rightarrow \cases{x_1+2x_3=0\\  x_2=0},取v_3= \begin{bmatrix} 2\\ 0 \\ -1 \end{bmatrix} \\因此\bbox[red,2pt]{特徵值為\cases{\lambda_1=-1\\ \lambda_2=2\\ \lambda_3=4},及相對應的特徵向量為\cases{v_1=(1,0,2)\\ v_2=(0,1,0)\\ v_3=(2,0,-1)}}(三)取P=[v_1 v_2 v_3]=\bbox[red,2pt]{\begin{bmatrix} 1 & 0 & 2\\ 0 & 1 & 0 \\ 2 & 0 & -1\end{bmatrix} }\Rightarrow P^{-1}=\begin{bmatrix} 1/5 & 0 & 2/5\\ 0 & 1 & 0 \\ 2/5 & 0 & -1/5\end{bmatrix} \\\Rightarrow P\begin{bmatrix} \lambda_1 & 0 & 0\\ 0 & \lambda_2 & 0 \\ 0 & 0 & \lambda_3\end{bmatrix}P^{-1}=A \Rightarrow P^{-1}AP= \begin{bmatrix} \lambda_1 & 0 & 0\\ 0 & \lambda_2 & 0 \\ 0 & 0 & \lambda_3\end{bmatrix}為一對角化矩陣

解答\int_{-\infty}^\infty p(x)\;dx =\int_0^2 a(x+1)\;dx =1 \Rightarrow \left.\left[ a({1\over 2}x^2+x) \right] \right|_0^2 =4a=1 \Rightarrow a={1\over 4}\\ 期望值E(X)=\int_0^2 xp(x)\;dx = {1\over 4}\int_0^2 x^2+x\;dx = {1\over 4}\left. \left[ {1\over 3}x^3+ {1\over 2}x^2\right] \right|_0^2 = {7\over 6}\\ E(X^2)=\int_0^2 x^2p(x)\;dx = {1\over 4}\int_0^2 x^3+x^2 \;dx = {1\over 4}\left. \left[ {1\over 4}x^4+ {1\over 3}x^3\right] \right|_0^2 ={5\over 3} \\ 因此變異數Var(X)= E(X^2)-(E(X))^2 = {5\over 3}-({7\over 6})^2 = {11\over 36}\\ 即\bbox[red,2pt]{期望值={7\over 6},變異數={11\over 36}}
======================= END =====================
考選部未公布答案,解題僅供參考,其他國考試題及詳解

9 則留言:

  1. 確認一下定義,第六題(二)特徵向量、(三)對角化矩陣,這種題目是不是都有無限多組解阿,因為任意K倍都可以成立。

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    1. 沒錯,特徵向量與相對應的矩陣有無限多組解!!! 一般人會取最簡單,容易計算的來回答。

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  2. 第三題 f(x) 未指定 x 的 range 您解答用 -pi ~ pi 好像怪怪的

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    1. 對! 這題怪怪的... f(x)是發散的....只好這樣回答.

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  3. 您好,請問第一題的第二行等號右邊是4/S^3嗎?
    確認一下

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  4. 第六題(二)特徵向量,好像寫错

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    1. 應該沒有錯, 剛才又用電腦算一遍, 答案是對的!!!

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