数字信号处理西安电子高西全课后习题答案.pptx

解：x(n)=(n+4)+2(n+2)(n+1)+2(n)+(n1)+2(n2)+4(n3)+0.5(n4)+2(n6)2 给定信号：2n+54n160n40 其它(1)画出x(n)序列的波形，标上各序列值；(2)试用延迟的单位脉冲序列及其加权和表示x(n)序列；(x(n)=第1页/共445页（3）令x1(n)=2x(n2)，试画出x1(n)波形；（4）令x2(n)=2x(n+2)，试画出x2(n)波形；（5）令x3(n)=x(2n)，试画出x3(n)波形。解：(1)x(n)序列的波形如题2解图（一）所示。(2)x(n)=3(n+4)(n+3)+(n+2)+3(n+1)+6(n)+6(n1)+6(n2)+6(n3)+6(n4)第2页/共445页（3）x1(n)的波形是x(n)的波形右移2位，再乘以2，画出图形如题2解图（二）所示。(4)x2(n)的波形是x(n)的波形左移2位，再乘以2，画出图形如题2解图（三）所示。(5)画x3(n)时，先画x(n)的波形(即将x(n)的波形以纵轴为中心翻转180)，然后再右移2位，x3(n)波形如题2解图（四）所示。第3页/共445页题2解图（一）第4页/共445页题2解图（二）第5页/共445页题2解图（三）第6页/共445页题2解图（四）第7页/共445页3 判断下面的序列是否是周期的;若是周期的，确定其周期。(1)(2)解：（1）因为=,所以,这是有理数，因此是周期序列，周期T=14。（2）因为=,所以=16,这是无理数，因此是非周期序列。第8页/共445页4 对题1图给出的x(n)要求：(1)画出x(n)的波形；(2)计算xe(n)=x(n)+x(n)，并画出xe(n)波形；(3)计算xo(n)=x(n)x(n)，并画出xo(n)波形;(4)令x1(n)=xe(n)+xo(n),将x1(n)与x(n)进行比较，你能得到什么结论？第9页/共445页解：（1）x(n)的波形如题4解图（一）所示。(2)将x(n)与x(n)的波形对应相加，再除以2，得到xe(n)。毫无疑问，这是一个偶对称序列。xe(n)的波形如题4解图（二）所示。(3)画出xo(n)的波形如题4解图（三）所示。第10页/共445页题4解图（一）第11页/共445页题4解图（二）第12页/共445页题4解图（三）第13页/共445页(4)很容易证明：x(n)=x1(n)=xe(n)+xo(n)上面等式说明实序列可以分解成偶对称序列和奇对称序列。偶对称序列可以用题中(2)的公式计算，奇对称序列可以用题中(3)的公式计算。5 设系统分别用下面的差分方程描述，x(n)与y(n)分别表示系统输入和输出，判断系统是否是线性非时变的。（1）y(n)=x(n)+2x(n1)+3x(n2)（2）y(n)=2x(n)+3 （3）y(n)=x(nn0)n0为整常数 （4）y(n)=x(n)第14页/共445页（5）y(n)=x2(n)（6）y(n)=x(n2)（7）y(n)=（8）y(n)=x(n)sin(n)解：（1）令输入为x(nn0)输出为 y(n)=x(nn0)+2x(nn01)+3x(nn02)y(nn0)=x(nn0)+2x(nn01)+3(nn02)=y(n)第15页/共445页故该系统是非时变系统。因为 y(n)=Tax1(n)+bx2(n)=ax1(n)+bx2(n)+2ax1(n1)+bx2(n1)+3ax1(n2)+bx2(n2)Tax1(n)=ax1(n)+2ax1(n1)+3ax1(n2)Tbx2(n)=bx2(n)+2bx2(n1)+3bx2(n2)所以 Tax1(n)+bx2(n)=aTx1(n)+bTx2(n)故该系统是线性系统。第16页/共445页（2）令输入为x(nn0)输出为y(n)=2x(nn0)+3y(nn0)=2x(nn0)+3=y(n)故该系统是非时变的。由于Tax1(n)+bx2(n)=2ax1(n)+2bx2(n)+3Tax1(n)=2ax1(n)+3Tbx2(n)=2bx2(n)+3Tax1(n)+bx2(n)aTx1(n)+bTx2(n)故该系统是非线性系统。第17页/共445页(3)这是一个延时器，延时器是线性非时变系统，下面证明。令输入为x(nn1)输出为y(n)=x(nn1n0)y(nn1)=x(nn1n0)=y(n)故延时器是非时变系统。由于Tax1(n)+bx2(n)=ax1(nn0)+bx2(nn0)=aTx1(n)+bTx2(n)故延时器是线性系统。第18页/共445页(4)y(n)=x(n)令输入为x(nn0)输出为y(n)=x(n+n0)y(nn0)=x(n+n0)=y(n)因此系统是线性系统。由于Tax1(n)+bx2(n)=ax1(n)+bx2(n)=aTx1(n)+bTx2(n)因此系统是非时变系统。第19页/共445页（5）y(n)=x2(n)令输入为 x(nn0)输出为y(n)=x2(nn0)y(nn0)=x2(nn0)=y(n)故系统是非时变系统。由于 Tax1(n)+bx2(n)=ax1(n)+bx2(n)2 aTx1(n)+bTx2(n)=ax21(n)+bx22(n)因此系统是非线性系统。第20页/共445页（6）y(n)=x(n2)令输入为x(nn0)输出为y(n)=x(nn0)2)y(nn0)=x(nn0)2)=y(n)故系统是非时变系统。由于Tax1(n)+bx2(n)=ax1(n2)+bx2(n2)=aTx1(n)+bTx2(n)故系统是线性系统。第21页/共445页（7）y(n)=x(m)令输入为x(nn0)输出为 y(n)=0DD)x(m-n0)y(nn0)=x(m)y(n)故系统是时变系统。由于Tax1(n)+bx2(n)=ax1(m)+bx2(m)=aTx1(n)+bTx2(n)故系统是线性系统。第22页/共445页（8）y(n)=x(n)sin(n)令输入为x(nn0)输出为y(n)=x(nn0)sin(n)y(nn0)=x(nn0)sin(nn0)y(n)故系统不是非时变系统。由于Tax1(n)+bx2(n)=ax1(n)sin(n)+bx2(n)sin(n)=aTx1(n)+bTx2(n)故系统是线性系统。第23页/共445页6 给定下述系统的差分方程，试判定系统是否是因果稳定系统，并说明理由。（1）y(n)=x(nk)（2）y(n)=x(n)+x(n+1)（3）y(n)=x(k)（4）y(n)=x(nn0)（5）y(n)=ex(n)第24页/共445页解：（1）只要N1，该系统就是因果系统，因为输出只与n时刻的和n时刻以前的输入有关。如果|x(n)|M，则|y(n)|M，因此系统是稳定系统。（2）该系统是非因果系统，因为n时间的输出还和n时间以后（n+1）时间）的输入有关。如果|x(n)|M,则|y(n)|x(n)|+|x(n+1)|2M,因此系统是稳定系统。（3）如果|x(n)|M，则|y(n)|x(k)|2n0+1|M，因此系统是稳定的；假设n00，系统是非因果的，因为输出还和x(n)的将来值有关。第25页/共445页（4）假设n00，系统是因果系统，因为n时刻输出只和n时刻以后的输入有关。如果|x(n)|M,则|y(n)|M，因此系统是稳定的。（5）系统是因果系统，因为系统的输出不取决于x(n)的未来值。如果|x(n)|M,则|y(n)|=|ex(n)|e|x(n)|eM，因此系统是稳定的。7 设线性时不变系统的单位脉冲响应h(n)和输入序列x(n)如题7图所示，要求画出y(n)输出的波形。解：解法（一）采用列表法。y(n)=x(n)*h(n)=x(m)h(nm)第26页/共445页题7图第27页/共445页y(n)=2,1,0.5,2,1,4.5,2,1;n=2,1,0,1,2,3,4,5第28页/共445页解法（二）采用解析法。按照题7图写出x(n)和h(n)的表达式分别为x(n)=(n+2)+(n1)+2(n3)h(n)=2(n)+(n1)+(n2)由于x(n)*(n)=x(n)x(n)*A(nk)=Ax(nk)故第29页/共445页y(n)=x(n)*h(n)=x(n)*2(n)+(n1)+(n2)=2x(n)+x(n1)+x(n2)将x(n)的表示式代入上式，得到 y(n)=2(n+2)(n+1)0.5(n)+2(n1)+(n2)+4.5(n3)+2(n4)+(n5)第30页/共445页8.设线性时不变系统的单位脉冲响应h(n)和输入x(n)分别有以下三种情况，分别求出输出y(n)。（1）h(n)=R4(n),x(n)=R5(n)（2）h(n)=2R4(n),x(n)=(n)(n2)（3）h(n)=0.5nu(n),xn=R5(n)解：（1）y(n)=x(n)*h(n)=R4(m)R5(nm)先确定求和域。由R4(m)和R5(nm)确定y（n）对于m的非零区间如下:0m34mn第31页/共445页根据非零区间，将n分成四种情况求解：n7时，y(n)=0第32页/共445页最后结果为 0 n7 n+1 0n3 8n4n7y(n)的波形如题8解图（一）所示。(2)y(n)=2R4(n)*(n)(n2)=2R4(n)2R4(n2)=2(n)+(n1)(n+4)(n+5)y(n)的波形如题8解图（二）所示y(n)=第33页/共445页题8解图（一）第34页/共445页题8解图（二）第35页/共445页(3)y(n)=x(n)*h(n)=R5(m)0.5nmu(nm)=0.5nR5(m)0.5mu(nm)y（n）对于m 的非零区间为 0m4,mn n0时，y(n)=0 0n4时，第36页/共445页=(10.5n1)0.5n=20.5n n5时最后写成统一表达式：y(n)=(20.5n)R5(n)+310.5nu(n5)第37页/共445页9 证明线性卷积服从交换律、结合律和分配律，即证明下面等式成立：（1）x(n)*h(n)=h(n)*x(n)（2）x(n)*(h1(n)*h2(n)=(x(n)*h1(n)*h2(n)（3）x(n)*(h1(n)+h2(n)=x(n)*h1(n)+x(n)*h2(n)证明：（1）因为令m=nm,则第38页/共445页(2)利用上面已证明的结果，得到第39页/共445页交换求和号的次序，得到第40页/共445页10 设系统的单位脉冲响应h(n)=(3/8)0.5nu(n)，系统的输入x(n)是一些观测数据，设x(n)=x0,x1,x2,xk,，试利用递推法求系统的输出y(n)。递推时设系统初始状态为零状态。第41页/共445页解：n=0时，n0n=1时，第42页/共445页n=2时，最后得到11 设系统由下面差分方程描述：设系统是因果的，利用递推法求系统的单位脉冲响应。第43页/共445页解：令x(n)=(n),则n=0时，n=1时，第44页/共445页n=2时，n=3时，归纳起来，结果为第45页/共445页12.设系统用一阶差分方程y(n)=ay(n1)+x(n)描述，初始条件y(-1)=0，试分析该系统是否是线性非时变系统。解：分析的方法是让系统输入分别为(n)、(n1)、(n)+(n1)时，求它的输出，再检查是否满足线性叠加原理和非时变性。（1）令x(n)=(n),这时系统的输出用y1(n)表示。该情况在教材例1.4.1 中已求出，系统的输出为y1(n)=anu(n)第46页/共445页(2)令x(n)=(n1)，这时系统的输出用y2(n)表示。n=0时，n=1时，n=2时，任意 n 时，第47页/共445页最后得到(3)令x(n)=(n)+(n1),系统的输出用y3(n)表示。n=0时，n=1时，n=2时，第48页/共445页n=3时，任意 n 时，最后得到第49页/共445页由（1）和（2）得到y1(n)=T(n),y2(n)=T(n1)y1(n)=y2(n1)因此可断言这是一个时不变系统。情况（3）的输入信号是情况（1）和情况（2）输入信号的相加信号，因此y3(n)=T(n)+(n1)。观察y1(n)、y2(n)、y3(n)，得到y3(n)=y1(n)+y2(n)，因此该系统是线性系统。最后得到结论：用差分方程y(n)=ay(n1)+x(n),0a1描写的系统，当初始条件为零时，是一个线性时不变系统。第50页/共445页13 有一连续信号xa(t)=cos(2ft+j)，式中，f=20 Hz,j=/2。（1）求出xa(t)的周期；（2）用采样间隔T=0.02 s对xa(t)进行采样，试写出采样信号 的表达式；（3）画出对应 的时域离散信号（序列）x(n)的波形，并求出x(n)的周期。解：（1）xa(t)的周期为第51页/共445页（2）（3）x(n)的数字频率=0.8，故，因而周期N=5，所以 x(n)=cos(0.8n+/2)画出其波形如题13解图所示。第52页/共445页题13解图第53页/共445页14.已知滑动平均滤波器的差分方程为（1）求出该滤波器的单位脉冲响应；（2）如果输入信号波形如前面例1.3.4的图1.3.1所示，试求出y(n)并画出它的波形。解：（1）将题中差分方程中的x(n)用(n)代替，得到该滤波器的单位脉冲响应，即第54页/共445页（2）已知输入信号，用卷积法求输出。输出信号y(n)为表1.4.1表示了用列表法解卷积的过程。计算时，表中x(k)不动，h(k)反转后变成h(k)，h(nk)则随着n的加大向右滑动，每滑动一次，将h(nk)和x(k)对应相乘，再相加和平均，得到相应的y(n)。“滑动平均”清楚地表明了这种计算过程。最后得到的输出波形如前面图1.3.2所示。该图清楚地说明滑动平均滤波器可以消除信号中的快速变化，使波形变化缓慢。第55页/共445页第56页/共445页15*.已知系统的差分方程和输入信号分别为用递推法计算系统的零状态响应。解：求解程序ex115.m如下：%程序ex115.m%调用filter解差分方程y(n)+0.5y(n1)=x(n)+2x(n2)xn=1，2，3，4，2，1，zeros(1，10)；%x(n)=单位脉冲序列，长度N=31B=1，0，2；A=1，0.5；%差分方程系数第57页/共445页yn=filter(B，A，xn)%调用filter解差分方程，求系统输出信号y(n)n=0：length(yn)1；subplot(3，2，1)；stem(n，yn，.)；axis(1，15，2，8)title(系统的零状态响应)；xlabel(n)；ylabel(y(n)程序运行结果：第58页/共445页yn=1.0000 1.5000 4.2500 5.8750 5.0625 6.4688 0.7656 1.6172 -0.8086 0.4043-0.2021 0.1011 -0.0505 0.0253 -0.0126 0.0063 -0.0032 0.0016 -0.0008 0.0004 -0.0002 0.0001 -0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000程序运行结果的y(n)波形图如题15*解图所示。第59页/共445页题15*解图第60页/共445页16*.已知两个系统的差分方程分别为 （1）y(n)=0.6y(n1)0.08y(n2)+x(n)（2）y(n)=0.7y(n1)0.1y(n2)+2x(n)x(n2)分别求出所描述的系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应。解：（1）系统差分方程的系数向量为B1=1，A1=1，0.6，0.08（2）系统差分方程的系数向量为B2=2，0，1,A2=1，0.7，0.1第61页/共445页2.5习题与上机题解答习题与上机题解答1 设X(ej)和Y(ej)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：(1)x(nn0)(2)x*(n)(3)x(n)(4)x(n)*y(n)(5)x(n)y(n)(6)nx(n)(7)x(2n)(8)x2(n)(9)第62页/共445页解：（1）令n=nn0,即n=n+n0，则（2）第63页/共445页（3）令n=n，则（4）FTx(n)*y(n)=X(ej)Y(ej)下面证明上式成立：第64页/共445页令k=nm,则第65页/共445页（5）第66页/共445页或者（6）因为对该式两边求导，得到第67页/共445页因此（7）令n=2n，则第68页/共445页第69页/共445页或者（8）利用（5）题结果，令x(n)=y(n),则第70页/共445页（9）令n=n/2，则2 已知求X(ej)的傅里叶反变换x(n)。第71页/共445页解：3.线性时不变系统的频率响应（频率响应函数）H(ej)=|H(ej)|ej()，如果单位脉冲响应h(n)为实序列，试证明输入x(n)=A cos(0n+j)的稳态响应为第72页/共445页解解：假设输入信号x(n)=ej0n，系统单位脉冲响应为h(n)，则系统输出为上式说明当输入信号为复指数序列时，输出序列仍是复指数序列，且频率相同，但幅度和相位取决于网络传输函数。利用该性质解此题：第73页/共445页第74页/共445页上式中|H(ej)|是的偶函数，相位函数是的奇函数，|H(ej)|=|H(e-j)|，()=(),故4设第75页/共445页将x(n)以4为周期进行周期延拓，形成周期序列，画出x(n)和的波形，求出的离散傅里叶级数和傅里叶变换。解：画出x(n)和的波形如题4解图所示。第76页/共445页题4解图第77页/共445页或者 第78页/共445页第79页/共445页5.设题5图所示的序列x(n)的FT用X(ej)表示，不直接求出X(ej)，完成下列运算或工作：题5图第80页/共445页(1)(2)(3)(4)确定并画出傅里叶变换实部ReX(ej)的时间序列xa(n)；(5)(6)第81页/共445页解(1)(2)(3)（4）因为傅里叶变换的实部对应序列的共轭对称部分，即第82页/共445页按照上式画出xe(n)的波形如题5解图所示。题5解图第83页/共445页(5)(6)因为因此第84页/共445页6 试求如下序列的傅里叶变换：(1)x1(n)=(n3)(2)(3)x3(n)=anu(n)0a1(4)x4(n)=u(n+3)u(n4)解解(1)第85页/共445页(2)(3)第86页/共445页(4)第87页/共445页或者:第88页/共445页7 设：（1）x(n)是实偶函数，（2）x(n)是实奇函数，分别分析推导以上两种假设下，其x(n)的傅里叶变换性质。解解：令(1)因为x(n)是实偶函数，对上式两边取共轭，得到第89页/共445页因此 X(ej)=X*（ej）上式说明x(n)是实序列，X(ej)具有共轭对称性质。由于x(n)是偶函数，x(n)sin是奇函数，那么因此第90页/共445页该式说明X(ej)是实函数，且是的偶函数。总结以上,x(n)是实偶函数时，对应的傅里叶变换X(ej)是实函数，是的偶函数。（2）x(n)是实奇函数。上面已推出，由于x(n)是实序列，X(ej)具有共轭对称性质，即 X(ej)=X*(ej)第91页/共445页由于x(n)是奇函数，上式中x(n)cos是奇函数，那么因此 这说明X(ej)是纯虚数，且是的奇函数。8 设x(n)=R4(n)，试求x(n)的共轭对称序列xe(n)和共轭反对称序列xo(n)，并分别用图表示。第92页/共445页解解：xe(n)和xo(n)的波形如题8解图所示。题8解图第93页/共445页9已知x(n)=anu(n),0a1，分别求出其偶函数xe(n)和奇函数xo(n)的傅里叶变换。解解：因为xe(n)的傅里叶变换对应X(ej)的实部，xo(n)的傅里叶变换对应X(ej)的虚部乘以j，因此第94页/共445页第95页/共445页10 若序列h(n)是实因果序列，其傅里叶变换的实部如下式：HR(ej)=1+cos求序列h(n)及其傅里叶变换H(ej)。解解：第96页/共445页第97页/共445页11 若序列h(n)是实因果序列，h(0)=1，其傅里叶变换的虚部为HI(ej)=sin求序列h(n)及其傅里叶变换H(ej)。解解：第98页/共445页第99页/共445页12 设系统的单位脉冲响应h(n)=anu(n),0a1，输入序列为x(n)=(n)+2(n2)完成下面各题：(1)求出系统输出序列y(n)；(2)分别求出x(n)、h(n)和y(n)的傅里叶变换。解解(1)第100页/共445页(2)第101页/共445页13 已知xa(t)=2 cos(2f0t)，式中f0=100 Hz，以采样频率fs=400 Hz对xa(t)进行采样，得到采样信号和时域离散信号x(n)，试完成下面各题：（1）写出的傅里叶变换表示式Xa(j)；（2）写出和x(n)的表达式；（3）分别求出的傅里叶变换和x(n)序列的傅里叶变换。解：第102页/共445页上式中指数函数的傅里叶变换不存在，引入奇异函数函数，它的傅里叶变换可以表示成：（2）第103页/共445页（3）式中第104页/共445页式中0=0T=0.5 rad上式推导过程中，指数序列的傅里叶变换仍然不存在，只有引入奇异函数函数才能写出它的傅里叶变换表示式。14 求出以下序列的Z变换及收敛域:(1)2nu(n)(2)2nu(n1)(3)2nu(n)(4)(n)(5)(n1)(6)2nu(n)u(n10)第105页/共445页解(1)(2)第106页/共445页(3)(4)ZT(n)=10|z|(5)ZT(n1)=z10|z|(6)第107页/共445页15 求以下序列的Z变换及其收敛域，并在z平面上画出极零点分布图。(1)x(n)=RN(n)N=4(2)x(n)=Arn cos(0n+j)u(n)r=0.9,0=0.5 rad,j=0.25 rad(3)式中，N=4。第108页/共445页解(1)由z41=0，得零点为由z3(z1)=0，得极点为 z1,2=0,1零极点图和收敛域如题15解图(a)所示，图中,z=1处的零极点相互对消。第109页/共445页题15解图第110页/共445页(2)第111页/共445页零点为极点为极零点分布图如题15解图(b)所示。(3)令y(n)=R4(n),则x(n+1)=y(n)*y(n)zX(z)=Y(z)2,X(z)=z1Y(z)2第112页/共445页因为因此极点为z1=0,z2=1零点为在z=1处的极零点相互对消，收敛域为0|z|，极零点分布图如题15解图(c)所示。第113页/共445页16 已知求出对应X(z)的各种可能的序列表达式。解解：X(z)有两个极点：z1=0.5,z2=2，因为收敛域总是以极点为界，因此收敛域有三种情况：|z|0.5，0.5|z|2，2|z|。三种收敛域对应三种不同的原序列。（1）收敛域|z|0.5：第114页/共445页令n0时，因为c内无极点，x(n)=0;n1时，c内有极点 0，但z=0是一个n阶极点，改为求圆外极点留数，圆外极点有z1=0.5,z2=2，那么第115页/共445页(2)收敛域0.5|z|2:第116页/共445页n0时，c内有极点0.5，n0时，c内有极点 0.5、0，但 0 是一个n阶极点，改成求c外极点留数，c外极点只有一个，即2，x(n)=ResF(z),2=2 2nu(n1)最后得到第117页/共445页（3）收敛域|z|2:n0时，c内有极点 0.5、2，n0时，由收敛域判断，这是一个因果序列，因此x(n)=0；或者这样分析，c内有极点0.5、2、0，但0是一个n阶极点，改求c外极点留数，c外无极点，所以x(n)=0。第118页/共445页最后得到17 已知x(n)=anu(n),0a1。分别求：(1)x(n)的Z变换；(2)nx(n)的Z变换；(3)anu(n)的Z变换。解解：(1)第119页/共445页(2)(3)18 已知分别求：（1）收敛域0.5|z|2对应的原序列x(n)。第120页/共445页解：（1）收敛域0.5|z|2:n0时，c内有极点0.5，x(n)=ResF(z),0.5=0.5n=2nn0时，c内有极点0.5、0，但0是一个n阶极点，改求c外极点留数，c外极点只有2，x(n)=ResF(z),2=2n第121页/共445页最后得到 x(n)=2nu(n)+2nu(n1)=2|n|n2:n0时，c内有极点0.5、2，第122页/共445页n0时，c内有极点0.5、2、0，但极点0是一个n阶极点，改成求c外极点留数，可是c外没有极点，因此x(n)=0最后得到 x(n)=(0.5n2n)u(n)19 用部分分式法求以下X(z)的反变换：(1)第123页/共445页(2)解：(1)第124页/共445页第125页/共445页(2)第126页/共445页20 设确定性序列x(n)的自相关函数用下式表示：试用x(n)的Z变换X(z)和x(n)的傅里叶变换X(ej)分别表示自相关函数的Z变换Rxx(z)和傅里叶变换Rxx(ej)。第127页/共445页解：解法一令m=n+m,则第128页/共445页解法二因为x(n)是实序列，X(ej)=X*(ej)，因此第129页/共445页21 用Z变换法解下列差分方程：(1)y(n)0.9y(n1)=0.05u(n)，y(n)=0 n1(2)y(n)0.9y(n1)=0.05u(n)，y(1)=1，y(n)=0n1(3)y(n)0.8y(n1)0.15y(n2)=(n)y(1)=0.2,y(2)=0.5,y(n)=0,当n3时。解：(1)y(n)0.9y(n1)=0.05u(n)，y(n)=0n1第130页/共445页n0时，n0时，y(n)=0最后得到 y(n)=0.5 (0.9)n+1+0.5u(n)第131页/共445页(2)y(n)0.9y(n1)=0.05u(n),y(1)=1,y(n)=0 n1第132页/共445页n0时，n0时，y(n)=0最后得到 y(n)=0.45(0.9)n+0.5u(n)第133页/共445页(3)y(n)0.8y(n1)0.15y(n2)=(n)y(1)=0.2,y(2)=0.5,y(n)=0,当n2时Y(z)0.8z1Y(z)+y(1)z0.15z2Y(z)+y(1)z+y(2)z2=1第134页/共445页n0时，y(n)=4.365 0.3n+6.375 0.5nn0时,y(n)=0最后得到 y(n)=(4.365 0.3n+6.375 0.5n)u(n)第135页/共445页22 设线性时不变系统的系统函数H(z)为（1）在z平面上用几何法证明该系统是全通网络，即|H(ej)|=常数；（2）参数 a 如何取值，才能使系统因果稳定？画出其极零点分布及收敛域。解解：(1)第136页/共445页极点为a,零点为a1。设a=0.6，极零点分布图如题22解图(a)所示。我们知道|H(ej)|等于极点矢量的长度除以零点矢量的长度，按照题22解图(a)，得到因为角公用，且AOBAOC，故，即第137页/共445页故H(z)是一个全通网络。或者按照余弦定理证明:第138页/共445页题22解图第139页/共445页（2）只有选择|a|1才能使系统因果稳定。设a=0.6，极零点分布图及收敛域如题22解图(b)所示。23 设系统由下面差分方程描述：y(n)=y(n1)+y(n2)+x(n1)（1）求系统的系统函数H(z)，并画出极零点分布图；（2）限定系统是因果的，写出H(z)的收敛域，并求出其单位脉冲响应h(n)；（3）限定系统是稳定性的，写出H(z)的收敛域，并求出其单位脉冲响应h(n)。解：（1）y(n)=y(n1)+y(n2)+x(n1)将上式进行Z变换，得到 Y(z)=Y(z)z1+Y(z)z2+X(z)z1第140页/共445页因此零点为z=0。令z2z1=0，求出极点：极零点分布图如题23解图所示。第141页/共445页题23解图第142页/共445页(2)由于限定系统是因果的，收敛域需选包含点在内的收敛域，即。求系统的单位脉冲响应可以用两种方法，一种是令输入等于单位脉冲序列，通过解差分方程，其零状态输入解便是系统的单位脉冲响应；另一种方法是求H(z)的逆Z变换。我们采用第二种方法。式中第143页/共445页，令第144页/共445页n0时，h(n)=ResF(z),z1+ResF(z),z2因为h(n)是因果序列,n0时，h(n)=0，故第145页/共445页(3)由于限定系统是稳定的，收敛域需选包含单位圆在内的收敛域，即|z2|z|z1|,n0时，c内只有极点z2，只需求z2点的留数，第146页/共445页n0时，c内只有两个极点：z2和z=0，因为z=0是一个n阶极点，改成求圆外极点留数，圆外极点只有一个，即z1,那么最后得到第147页/共445页24 已知线性因果网络用下面差分方程描述：y(n)=0.9y(n1)+x(n)+0.9x(n1)（1）求网络的系统函数H(z)及单位脉冲响应h(n)；（2）写出网络频率响应函数H(ej)的表达式，并定性画出其幅频特性曲线；（3）设输入x(n)=ej0n，求输出y(n)。解：（1）y(n)=0.9y(n1)+x(n)+0.9x(n1)Y(z)=0.9Y(z)z1+X(z)+0.9X(z)z1第148页/共445页令n1时，c内有极点0.9，第149页/共445页n=0时，c内有极点0.9，0，最后得到 h(n)=2 0.9nu(n1)+(n)第150页/共445页（2）极点为z1=0.9,零点为z2=0.9。极零点图如题24解图(a)所示。按照极零点图定性画出的幅度特性如题24解图(b)所示。（3）第151页/共445页题24解图第152页/共445页25 已知网络的输入和单位脉冲响应分别为x(n)=anu(n),h(n)=bnu(n)0a1,0b1（1）试用卷积法求网络输出y(n)；（2）试用ZT法求网络输出y(n)。解解：（1）用卷积法求y(n)。n0时，第153页/共445页n0时，y(n)=0最后得到（2）用ZT法求y(n)。，第154页/共445页令n0时，c内有极点：a、b,因此第155页/共445页因为系统是因果系统,所以n0时，y(n)=0。最后得到26 线性因果系统用下面差分方程描述：y(n)2ry(n1)cos+r2y(n2)=x(n)式中，x(n)=anu(n),0a1,0rmax(r,|a|)，且n0时，y(n)=0，故第157页/共445页c包含三个极点，即a、z1、z2。第158页/共445页第159页/共445页27 如果x1(n)和x2(n)是两个不同的因果稳定实序列，求证：式中，X1(ej)和X2(ej)分别表示x1(n)和x2(n)的傅里叶变换。解：FTx1(n)*x2(n)=X1(ej)X2(ej)进行IFT，得到第160页/共445页令n=0,则由于x1(n)和x2(n)是实稳定因果序列，因此(1)(2)第161页/共445页(3)由（1）、（2）、（3）式，得到28 若序列h(n)是因果序列，其傅里叶变换的实部如下式：求序列h(n)及其傅里叶变换H(ej)。第162页/共445页解：求上式的Z的反变换，得到序列h(n)的共轭对称序列he(n)为第163页/共445页因为h(n)是因果序列，he(n)必定是双边序列，收敛域取：a|z|a1。n1时，c内有极点：a，第164页/共445页n=0时，c内有极点：a、0，第165页/共445页因为he(n)=he(n)，所以第166页/共445页29 若序列h(n)是因果序列，h(0)=1，其傅里叶变换的虚部为求序列h(n)及其傅里叶变换H(ej)。解解：第167页/共445页令z=ej,有jHI(ej)对应h(n)的共轭反对称序列ho(n)，因此jHI(z)的反变换就是ho(n),因为h(n)是因果序列，ho(n)是双边序列，收敛域取:a|z|a1。第168页/共445页n1时，c内有极点：a,n=0时，c内有极点：a、0，第169页/共445页因为hI(n)=h(n),所以第170页/共445页第171页/共445页 教材第3章习题与上机题解答 1 计算以下序列的N点DFT，在变换区间0nN1内，序列定义为(1)x(n)=1(2)x(n)=(n)(3)x(n)=(nn0)0n0N(4)x(n)=Rm(n)0mN (5)(6)第172页/共445页(7)x(n)=ej0nRN(n)(8)x(n)=sin(0n)RN(n)(9)x(n)=cos(0n)RN(N)(10)x(n)=nRN(n)解：(1)第173页/共445页（2）（3）(4)第174页/共445页(5)0kN1第175页/共445页(6)第176页/共445页0kN1(7)第177页/共445页或（8）解法一 直接计算：第178页/共445页解法二 由DFT的共轭对称性求解。因为所以所以第179页/共445页即结果与解法一所得结果相同。此题验证了共轭对称性。(9)解法一 直接计算:第180页/共445页解法二 由DFT共轭对称性可得同样结果。因为第181页/共445页（10）解法一上式直接计算较难，可根据循环移位性质来求解X(k)。因为x(n)=nRN(n)，所以 x(n)x(n1)NRN(n)+N(n)=RN(n)等式两边进行DFT，得到 X(k)X(k)WkN+N=N(k)第182页/共445页故当k=0时，可直接计算得出X(0)为这样，X(k)可写成如下形式：第183页/共445页 解法二 k=0时，k0时，第184页/共445页所以，即 2 已知下列X(k)，求x(n)=IDFTX(k)(1)第185页/共445页(2)其中，m为正整数，0mN/2,N为变换区间长度。第186页/共445页解:（1）n=0,1,N1第187页/共445页(2)n=0,1,N1第188页/共445页3 已知长度为N=10的两个有限长序列：做图表示x1(n)、x2(n)和y(n)=x1(n)*x2(n)，循环卷积区间长度L=10。解:x1(n)、x2(n)和y(n)=x1(n)*x2(n)分别如题3解图（a）、（b）、（c）所示。第189页/共445页题3解图第190页/共445页4 证明DFT的对称定理，即假设X(k)=DFTx(n)，证明DFTX(n)=Nx(Nk)证：因为所以第191页/共445页由于所以 DFTX(n)=Nx(Nk)k=0,1,N1 5 如果X(k)=DFTx(n)，证明DFT的初值定理证:由IDFT定义式第192页/共445页可知6 设x(n)的长度为N，且X(k)=DFTx(n)0kN1令h(n)=x(n)NRmN(n)m为自然数H(k)=DFTh(n)mN 0kmN1求H(k)与X(k)的关系式。解:H(k)=DFTh(n)0kmN1令n=n+lN,l=0,1,m1,n=0,1,N1,则第193页/共445页因为 第194页/共445页所以7 证明:若x(n)为实序列，X(k)=DFTx(n)N，则X(k)为共轭对称序列，即X(k)=X*（Nk)；若x(n)实偶对称，即x(n)=x(Nn)，则X(k)也实偶对称；若x(n)实奇对称，即x(n)=x(Nn)，则X(k)为纯虚函数并奇对称。第195页/共445页证:(1)由教材(3.2.17)(3.2.20)式知道，如果将x(n)表示为x(n)=xr(n)+jxi(n)则X(k)=DFTx(n)=Xep(k)+Xop(k)其中，Xep(k)=DFTxr(n)，是X(k)的共轭对称分量；Xop(k)=DFTjxi(n),是X(k)的共轭反对称分量。所以，如果x(n)为实序列，则Xop(k)=DFTjxi(n)=0，故X(k)=DFTx(n)=Xep(k)，即X(k)=X*(Nk)。第196页/共445页（2）由DFT的共轭对称性可知，如果 x(n)=xep(n)+xop(n)且X(k)=ReX(k)+j ImX(k)则ReX(k)=DFTxep(n),j ImX(k)=DFTxop(n)所以，当x(n)=x(Nn)时，