信号与系统学习指导及习题集 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《信号与系统学习指导及习题集》为胡沁春、刘刚利主编教材《信号与系统》（第二版）的指导性教学配套用书。
　　《信号与系统学习指导及习题集》系统地给出了该教材各章重点和难点以及全部习题的详解，并配有适量习题集及答案。
　　《信号与系统学习指导及习题集》在习题解析过程中给出了解题思想，解题步骤科学、完善、详细，且一题多解可拓展思路、相互校核，便于学生更加深刻理解、掌握知识点，也便于任课教师因人施教。书后的附录给出了模拟测试题及答案。
　　《信号与系统学习指导及习题集》可作为高等院校自动控制、通信、电子以及计算机等专业信号与系统课程的教学配套用书，也可供工程技术人员参考。

内页插图

目录

第1章 信号与系统概论
1．1 重点与难点
1．2 主要知识点
1．3 课后习题1全解
1．4 练习题1及答案

第2章 连续系统的时域分析
2．1 重点与难点
2．2 主要知识点
2．3 课后习题2全解
2．4 练习题2及答案

第3章 连续系统的频域分析
3．1 重点与难点
3．2 主要知识点
3．3 课后习题3全解
3．4 练习题3及答案

第4章 连续系统的复频域分析
4．1 重点与难点
4．2 主要知识点
4．3 课后习题4全解
4．4 练习题4及答案

第5章 离散系统的时域分析
5．1 重点与难点
5．2 主要知识点
5．3 课后习题5全解
5．4 练习题5及答案

第6章 离散系统的z域分析
6．1 重点与难点
6．2 主要知识点
6．3 课后习题6全解
6．4 练习题6及答案

第7章 系统的状态变量分析
7．1 重点与难点
7．2 主要知识点
7．3 课后习题7全解
7．4 练习题7及答案

附录
模拟测试题一
模拟测试题一答案
模拟测试题二
模拟测试题二答案
模拟测试题三
模拟测试题三答案
模拟测试题四
模拟测试题四答案
模拟测试题五
模拟测试题五答案
模拟测试题六
模拟测试题六答案

参考文献

前言/序言

　　“信号与系统”课程是电子信息类专业重要的专业基础课。该课程的教学目标，是使学生了解信号、信号处理和系统的基本概念，学会信号分析与系统分析的基本方法，理解信号处理和传输的基本过程，提高分析实际问题的能力。由于该课程的内容具有较强的理论性和实用性，很多学生在学习过程中感到比较困难，所以有必要配合教材编写一本辅导教材。辅导教材按教材的章节顺序编排，每章由重点、难点、课后习题详解和练习题组成。为了强化学生的练习，我们编写了练习题，并给出了答案；为了便于学生掌握期末自测的情况，附录也给出了模拟测试题及答案。学生在学习时，既可以把辅导教材与主教材配合使用，也可以单独使用。
　　本书由刘刚利任主编，肖菊兰任副主编。第1、2、3章由刘刚利编写，第4、5、6章由肖菊兰编写，第7章由胡沁春编写。张霆、郭丽芳参加了全书练习题和模拟测试题的编写，刘刚利对全书进行了统稿。
　　由于编写时间仓促及编者水平有限，书中定有不妥之处，希望使用本教材的老师和学生多提宝贵意见和建议，我们将不胜感激。

《信号与系统：理论精粹与实践探索》 在现代科学技术飞速发展的浪潮中，信号与系统作为一门基础而核心的学科，其重要性不言而喻。无论是通信、控制、电子工程，还是更广泛的信号处理、图像识别、数据分析领域，对信号的理解、系统的分析以及它们之间交互的洞察，都是一切深入研究的基石。本书《信号与系统：理论精粹与实践探索》正是为助力广大读者，尤其是高等院校的理工科学生、相关领域的工程师和研究人员，搭建起一座坚实的理论与实践桥梁而精心打造。 本书致力于提供一个系统、深入且富有启发性的学习体验。我们深知，对于一门抽象且数学性较强的学科，单靠课本上的理论阐述往往难以完全掌握其精髓，尤其是在面对繁复的工程问题时。因此，本书在内容编排上，力求做到理论的严谨性与应用的直观性相辅相成，将抽象的数学概念与具体的工程实例紧密结合，以期让读者不仅理解“是什么”，更能明白“为什么”以及“如何做”。 第一部分：信号的描述与变换 本部分是信号与系统学习的起点，我们将带领读者循序渐进地认识信号的本质。 第一章：信号的分类与描述。 我们将从最基础的信号分类入手，区分连续时间信号与离散时间信号，周期信号与非周期信号，能量信号与功率信号，以及其他常见的信号类型，如冲激信号、阶跃信号、指数信号、三角函数信号等。在描述信号时，我们将重点介绍两种核心的数学工具：时域描述和频域描述。时域描述通过函数形式直观展现信号随时间（或样本点）的变化规律，而频域描述则揭示信号的频率成分构成，为后续的系统分析奠定基础。我们将详细介绍如何利用傅里叶级数和傅里叶变换来分析周期信号和非周期信号的频谱特性，理解其在频率域的分布，这将是理解信息传输、滤波等核心概念的关键。 第二章：傅里叶级数与傅里叶变换。 深入剖析傅里叶级数，包括三角形式和复指数形式，以及它们各自的适用条件和优缺点。我们将详细推导傅里叶级数的系数计算公式，并结合丰富的实例，演示如何求解各种典型周期信号的傅里叶级数。在此基础上，我们进一步引出傅里叶变换，将周期信号的离散频谱概念推广到非周期信号的连续频谱。本书将着重讲解傅里叶变换的性质，如线性性质、时移性质、频移性质、卷积性质、微分性质、积分性质、对称性质以及帕塞瓦尔定理等，并通过具体的例子展示这些性质在信号分析和系统分析中的应用。我们将特别强调傅里叶变换在理解信号的带宽、频谱泄漏等问题中的作用。 第三章：拉普拉斯变换与Z变换。 认识到傅里叶变换在处理不收敛信号时的局限性，本书将引入更为通用的分析工具——拉普拉斯变换和Z变换。拉普拉斯变换作为傅里叶变换的推广，能够处理更广泛的信号，尤其是在稳定性分析和瞬态响应分析中作用巨大。我们将详细介绍单边拉普拉斯变换和双边拉普拉斯变换，并推导其基本性质，如线性、时移、复频移、微分、积分、卷积等。同时，本书将深入探讨收敛域（ROC）的概念，并讲解如何根据ROC判断系统因果性、稳定性以及原始函数。针对离散时间系统，我们将引入Z变换，它在离散信号分析和离散时间系统设计中扮演着与拉普拉斯变换相似的角色。我们将讲解Z变换的性质，如线性、时移、乘以$n$（或$n^2$）、卷积、微分等，并重点介绍收敛域（ROC）在离散系统分析中的意义，包括稳定性、因果性的判断。 第二部分：系统的性质与分析 在理解了信号的本质后，本书将重点转向对“系统”的深入探讨，系统是信号处理和信息传递的核心载体。 第四章：系统的基本性质。 本章将系统地介绍描述系统行为的关键属性。我们将详细阐述线性与非线性、时不变与时变、因果性与非因果性、稳定性与不稳定性这四种核心系统性质。通过具体的例子，我们将演示如何判断一个系统是否具备这些性质，并解释这些性质对系统行为和分析方法的影响。例如，线性时不变（LTI）系统由于其数学上的便利性和广泛的应用，将成为我们后续分析的重点。 第五章：卷积与冲激响应。 卷积是LTI系统分析的核心运算。本书将从数学定义出发，详细推导连续时间LTI系统的卷积公式和离散时间LTI系统的卷积公式。我们将通过图解和代数计算相结合的方式，帮助读者透彻理解卷积运算的物理意义——即系统输出信号是输入信号与系统冲激响应的“加权求和”。冲激响应是描述LTI系统特性的“指纹”，本书将详细讲解如何通过输入和输出信号来求解系统的冲激响应，以及如何利用已知的冲激响应来预测系统对任意输入信号的响应。 第六章：微分方程与差分方程描述的系统。 许多实际系统都可以用线性常系数微分方程（对于连续时间系统）或差分方程（对于离散时间系统）来描述。本章将重点介绍如何利用这些方程来分析系统的零输入响应（瞬态响应）和零状态响应（稳态响应）。我们将结合拉普拉斯变换和Z变换，演示如何求解这些方程，从而得到系统的时域输出。这部分内容对于理解电路、机械振动、数字滤波器等领域的系统分析至关重要。 第三部分：频率域分析与离散系统 本部分将进一步深化对系统在频率域的理解，并引入离散时间系统的特有分析方法。 第七章：频域分析：频率响应。 在理解了傅里叶变换后，我们将在本章深入探讨系统的频率响应。频率响应描述了系统对不同频率信号的增益和相移特性，是理解系统滤波特性、失真程度等问题的关键。本书将介绍频率响应的定义，并演示如何从系统的传递函数（拉普拉斯域或Z域）中提取频率响应。我们将通过图示和实例，讲解幅度响应和相位响应的含义，以及它们如何影响输入信号的频谱。 第八章：离散时间系统：采样与重构。 采样是将连续时间信号转换为离散时间信号的关键步骤，而重构则是将离散时间信号还原为连续时间信号的过程。本章将深入讲解采样定理（奈奎斯特定理），阐述采样频率与信号带宽的关系，以及如何避免混叠现象。我们将分析理想采样、脉冲采样和阶梯采样等不同采样方式，并介绍零阶保持和一阶保持等重构方法。本书将通过数学推导和实例演示，让读者深刻理解采样与重构在数字信号处理、数据采集等领域的地位。 第九章：离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）。 DFT是傅里叶变换在离散和有限长度信号上的应用，是数字信号处理的核心工具。本书将详细介绍DFT的定义、性质，并重点讲解其与连续傅里叶变换的关系。在此基础上，我们将隆重介绍快速傅里叶变换（FFT）算法。FFT是DFT的一种高效计算方法，极大地加速了傅里叶分析的进程，使得在实际工程中进行频谱分析成为可能。本书将介绍FFT的基本原理和几种常见的算法（如按时间抽取的蝶形算法），并讨论其在信号分析、滤波、调制解调等领域的广泛应用。 第四部分：状态空间分析与应用 为了更全面地描述和分析复杂系统，本书将引入先进的状态空间方法。 第十章：状态空间表示法。 状态空间方法提供了一种更为通用和强大的系统描述方式，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统和时变系统。本章将介绍状态向量、状态方程和输出方程的概念，并演示如何将传统的微分方程或差分方程描述的系统转换为状态空间表示。我们将讲解线性定常系统的连续时间状态空间表示和离散时间状态空间表示。 第十一章：状态空间法的基本性质与分析。 在掌握了状态空间表示法后，本章将探讨其核心分析工具。我们将讲解可控性、可观测性等关键概念，并说明它们在系统设计和故障诊断中的重要意义。同时，我们将介绍如何利用状态转移矩阵来求解系统的零输入响应和零状态响应。本书将通过实例，展示状态空间方法在分析复杂动态系统、设计控制器等方面的优势。 总结与展望 《信号与系统：理论精粹与实践探索》旨在为读者提供一套全面、深入且易于理解的信号与系统学习指南。本书力求通过严谨的理论推导、丰富的图示和精心设计的示例，帮助读者建立起扎实的理论基础，并培养解决实际工程问题的能力。我们相信，通过对本书内容的系统学习和深入思考，读者将能够更好地理解信号与系统的核心概念，掌握分析和设计各类信号处理与控制系统的基本方法，为在更广阔的科技领域深入发展奠定坚实的基础。