9.1 0p from connections
Förhållandet mellan utsignalen y[n] och insignalen x[n] för ett tidsdiskret kausalt LTI-system beskrivs av följande differensekvation, tillsammans med de angivna initialtillstånden…
Show full question
Förhållandet mellan utsignalen y[n] och insignalen x[n] för ett tidsdiskret kausalt LTI-system beskrivs av följande differensekvation, tillsammans med de angivna initialtillstånden:
2 y[n+2] - 3 y[n+1] + y[n] = 4 x[n+2] - 3 x[n+1],
y[-1] = 0, y[-2] = 1.
a) Beräkna systemets utsignal y[n] för insignalen x[n] = 0.25^n · u[n]. Ange även vilken del av y[n] som är zero-input-komponenten y_zi[n] och vilken del som är zero-state-komponenten y_zs[n].
b) Vilken del av y[n] i uppgift a) är en transient signaldel y_trans[n] och vilken del av y[n] är en stationär signaldel y_stat[n]?
Solution (notes)
a) Kausalt (RT-)system. Skriv om differensekvationen på negativ form så initialtillstånden kan användas med enkelsidiga z‑transformen.
Differensekvation (omskriven):
2y[n+2] - 3y[n+1] + y[n] = 4x[n+2] - 3x[n+1]
Enkelsidig z‑transform (med y[n<0]=0): använd z^{-1}operatorer och flytta termer.
Ger efter omformning
(2 - 3z^{-1} + z^{-2}) Y[z] + 1 = (4 - 3z^{-1}) X[z]
Lösning för Y[z]:
Y[z] = (-z^2)/(2z^2 - 3z + 1) + X[z]·(4z^2 - 3z)/(2z^2 - 3z + 1)
Dela upp i två signaler Y = Y_{zi} + Y_{zs} där X[z] = z/(z-0.25) (givet). Kvadratskomplettera nämnaren: 2z^2 - 3z + 1 = 2(z-0.5)(z-1).
Beakta konvergensområden (systemet är kausalt enligt uppgift) ⇒ ROC för H[z] och för Y_{zi}[z] är av typen |z|>R0. Med poler i z=0.5 och z=1 blir ROC ∩ ⇒ |z|>1.
Partialbråksuppdelning av Y_{zi}/z ger Y_{zi}[z] = 0.5·z/(z-0.5) - z/(z-1), vilket motsvarar y_{zi}[n] = (0.5^{n+1}-1)u[n].
För Y_{zs}[z] multiplicera X[z] med H[z] och partialbråksuppdela (se beräkning). Slutligen erhålls
y[n] = y_{zi}[n] + y_{zs}[n] = (0.5^{n+1}-1)u[n] + (-4/3·0.25^n + 2·0.5^n + 4/3)u[n]
b) Begränsat slutvärde: lim_{n→∞} y_{trans}[n] = 0 ⇒ y_{stat}[n] består av frekvens- och konstanta signaler. Här y_{stat}[n] = 1/3·u[n].
Connections (4) est. points: 0
exam_4 assignment 5
8 p
IDENTICAL problem: same difference equation and same task (rewrite to negative form, use one-sided z‑transform with initial conditions, split Y into zero-input and zero-state, partial fractions and inverse z). Knowing the lesson exactly yields the full solution.
exam_3 assignment 4
5 p
Very close connection: the exam asks (part b) for the zero-input response y_zi[n] from a difference equation with given initial conditions. The lesson teaches the required steps (rewrite to negative form, one‑sided z‑transform including initial terms, partial‑fraction decomposition and inverse z) so a student mastering the lesson would obtain the bulk of the points for that subquestion.
exam_6 assignment 1
–
Strong conceptual relation: this continuous‑time problem splits the solution into zero‑state and zero‑input parts and uses one‑sided Laplace transforms to account for initial conditions. The methods and reasoning (handling initial terms in the transform domain, separating responses) are directly analogous to the discrete one‑sided z‑transform procedure taught in the lesson.
exam_6 assignment 4
–
Related technique: the solution computes individual impulse responses (via z‑domain expressions like 1/(z−a)) and obtains the cascade impulse response by convolution or by multiplying H(z) and partial‑fraction inversion. These z‑domain manipulations, partial fractions and inverse transforms are the same skills used in the lesson when forming Y_zs[z] and inverting to y_zs[n].