12.1 Úvod. Poznámka : Příklad 12.1: Funkce f(t) = e t2 nemá Laplaceův obraz. Příklad 12.2: a) L{1} = 1 p, p > 0 ; b) L{ eat } = 1, [ZMA15-P73]

Podobné dokumenty
Laplaceova transformace.

Komplexní analýza. Laplaceova transformace. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Posloupnosti a řady funkcí. študenti MFF 15. augusta 2008

Laplaceova transformace

Laplaceova transformace

Teorie měření a regulace

Inverzní Laplaceova transformace

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

Kapitola 7: Integrál.

Matematická analýza 1b. 9. Primitivní funkce

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ INTEGRACE RACIONÁLNÍCH FUNKCÍ

Úvod. Integrování je inverzní proces k derivování Máme zderivovanou funkci a integrací získáme původní funkci kterou jsme derivovali

Kapitola 7: Integrál. 1/17

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

Vlastnosti členů regulačních obvodů Osnova kurzu

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

Zavedeme-li souřadnicový systém {0, x, y, z}, pak můžeme křivku definovat pomocí vektorové funkce.

F (x) = f(x). Je-li funkce f spojitá na intervalu I, pak existuje k funkci f primitivní funkce na intervalu I.

zadání: Je dán stejnosměrný motor s konstantním magnetickým tokem, napájen do kotvy, indukčnost zanedbáme.

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2011/2012. x + y + 3z = 1 (2a 1)x + (a + 1)y + z = 1 a

Diferenciální rovnice

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

9. cvičení z Matematické analýzy 2

Komplexní analýza. Fourierovy řady. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

1 Polynomiální interpolace

Primitivní funkce a Riemann uv integrál Lineární algebra Taylor uv polynom Extrémy funkcí více prom ˇenných Matematika III Matematika III Program

Teorie. Hinty. kunck6am

MKI Funkce f(z) má singularitu v bodě 0. a) Stanovte oblast, ve které konverguje hlavní část Laurentova rozvoje funkce f(z) v bodě 0.

Metody výpočtu limit funkcí a posloupností

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

30. listopadu Derivace. VŠB-TU Ostrava. Dostupné: s1a64/cd/index.htm.

HL Academy - Chata Lopata Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky / 27

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

Modelování systémů a procesů (11MSP) Bohumil Kovář, Jan Přikryl, Miroslav Vlček. 8. přednáška 11MSP pondělí 20. dubna 2015

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

Teorie. Hinty. kunck6am

Úvodní informace. 17. února 2018

Limita a spojitost LDF MENDELU

CVIČENÍ Z ELEKTRONIKY

VII. Limita a spojitost funkce

Matematika 5 FSV UK, ZS Miroslav Zelený

f( x) x x 4.3. Asymptoty funkce Definice lim f( x) =, lim f( x) =, Jestliže nastane alespoň jeden z případů

Limita posloupnosti, limita funkce, spojitost. May 26, 2018

7.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P7.1a]

Kristýna Kuncová. Matematika B3

18 Fourierovy řady Úvod, základní pojmy

Funkce jedn e re aln e promˇ enn e Derivace Pˇredn aˇska ˇr ıjna 2015

FOURIEROVA TRANSFORMACE FOURIEROVA VĚTA

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

PŘEDNÁŠKA 9 KŘIVKOVÝ A PLOŠNÝ INTEGRÁL 1. DRUHU

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

11. Číselné a mocninné řady

Z transformace. Definice. Z transformací komplexní posloupnosti f = { } f n z n, (1)

1 Laplaceova transformace

Test M1-ZS12-2 M1-ZS12-2/1. Příklad 1 Najděte tečnu grafu funkce f x 2 x 6 3 x 2, která je kolmá na přímku p :2x y 3 0.

Věta 12.3 : Věta 12.4 (princip superpozice) : [MA1-18:P12.7] rovnice typu y (n) + p n 1 (x)y (n 1) p 1 (x)y + p 0 (x)y = q(x) (6)

Funkce a limita. Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

FOURIEROVA TRANSFORMACE

f konverguje a g je omezená v (a, b), pak také konverguje integrál b a fg. Dirichletovo kritérium. Necht < a < b +, necht f : [a, b) R je funkce

1 Nulové body holomorfní funkce

(5) Primitivní funkce

2. LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

Petr Hasil. Prvákoviny c Petr Hasil (MUNI) Úvod do infinitezimálního počtu Prvákoviny / 57

Matematika 4 FSV UK, LS Miroslav Zelený

Diferenˇcní rovnice Diferenciální rovnice Matematika IV Matematika IV Program

Integrální počet - I. část (neurčitý integrál a základní integrační metody)

Derivace funkce DERIVACE A SPOJITOST DERIVACE A KONSTRUKCE FUNKCÍ. Aritmetické operace

Derivace funkce. Obsah. Aplikovaná matematika I. Isaac Newton. Mendelu Brno. 2 Derivace a její geometrický význam. 3 Definice derivace

Derivace a monotónnost funkce

dx se nazývá diferenciál funkce f ( x )

Univerzita Karlova v Praze procesy II. Zuzana. funkce

Limita a spojitost funkce

VI. Derivace složené funkce.

MATEMATIKA I - vybrané úlohy ze zkoušek v letech

Matematika 2 LS 2012/13. Prezentace vznikla na základě učebního textu, jehož autorem je doc. RNDr. Mirko Rokyta, CSc. J. Stebel Matematika 2

LAPLACEOVA TRANSFORMACE LAPLACEOVA TRANSFORMACE

Poznámky k Fourierově transformaci

2 Fyzikální aplikace. Předpokládejme, že f (x 0 ) existuje. Je-li f (x 0 ) vlastní, pak rovnice tečny ke grafu funkce f v bodě [x 0, f(x 0 )] je

arcsin x 2 dx. x dx 4 x 2 ln 2 x + 24 x ln 2 x + 9x dx.

22 Základní vlastnosti distribucí

1.1 Existence a jednoznačnost řešení. Příklad 1.1: [M2-P1] diferenciální rovnice (DR) řádu n: speciálně nás budou zajímat rovnice typu

Integrální počet - II. část (další integrační postupy pro některé typy funkcí)

3. Derivace funkce Definice 3.1. Nechť f : R R je definována na nějakém okolí U(a) bodu a R. Pokud existuje limita f(a + h) f(a) lim

{ } Ox ( 0) 4.2. Konvexnost, konkávnost, inflexe. Definice Obr. 52. Poznámka. nad tečnou

Komplexní analýza. Reziduová věta a její aplikace. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

Komplexní analýza. Holomorfní funkce. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

y = 1 x (y2 y), dy dx = 1 x (y2 y) dy y 2 = dx dy y 2 y y(y 4) = A y + B 5 = A(y 1) + By, tj. A = 1, B = 1. dy y 1

24. Parciální diferenciální rovnice

7. Derivace složené funkce. Budeme uvažovat složenou funkci F = f(g), kde některá z jejich součástí

Definice derivace v bodě

Derivace funkce. prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. Katedra matematiky BI-ZMA ZS 2009/2010

III. Diferenciál funkce a tečná rovina 8. Diferenciál funkce. Přírůstek funkce. a = (x 0, y 0 ), h = (h 1, h 2 ).

Limita ve vlastním bodě

. 1 x. Najděte rovnice tečen k hyperbole 7x 2 2y 2 = 14, které jsou kolmé k přímce 2x+4y 3 = 0. 2x y 1 = 0 nebo 2x y + 1 = 0.

Obvodové rovnice v časové oblasti a v operátorovém (i frekvenčním) tvaru

METODOU LAPLACEOVY TRANSFORMACE

Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

Derivace funkce Otázky

Transkript:

KAPITOLA 2: Lalaceova transformace [ZMA5-P73] 2. Úvod Lalaceovým obrazem funkce f(t) definované na, ) nazýváme funkci F () definovanou ředisem Definičním oborem funkce F F () = f(t) e t dt. je množina všech, ro která výše uvedený integrál konverguje. f ředmět, F obraz Značení: Lf(t) = F (); Lf = F ; L : f(t) F (); f ˆ=F Budeme-li dále otřebovat funkci f ředefinujeme na (, ) nulou. definovanou na celém R (tedy ne ouze na, ) ), ak ji dodefinujeme nebo Příklad 2.: Funkce f(t) = e t2 nemá Lalaceův obraz. Příklad 2.2: a) L =, > ; b) L eat =, a > a (a R) ; c) Lcos t = 2, > ; Lsin t = + 2 +, > Řekneme, že funkce f je o částech sojitá na intervalu, ), jestliže latí: Je-li a, b, ), ak existují x <... < x n tak, že a, b = a, x x, x 2... x n, b = I I... I n, f je sojitá uvnitř každého I k a odovídající jednostranné limity funkce f v krajních bodech intervalů I k jsou konečné. Řekneme, že f :, ) R je funkce exonenciálního řádu, jestliže existují α, M R tak, že f(t) M e αt t, ). Číslo α nazýváme exonenciální řád funkce f. Exonenciální řád funkce není určen jednoznačně je-li α f exonenciálním řádem funkce f, je jím i každé α > α f. Jsou-li f, g funkce exonenciálních řádů α f, α g, ak f + g je funkce exonenciálního řádu maxα f, α g. Řekneme, že funkce f :, ) R je ředmět standardního tyu, jestliže je exonenciálního řádu a o částech sojitá. Píšeme f L.

Věta 2. : [ZMA5-P74] Je-li f ředmět standardního tyu exonenciálního řádu α, ak Lalaceův obraz F funkce f je definován ro každé > α a latí: a) F () M α > α, b) lim F () =. 2.2 Základní vlastnosti Věta 2.2 (linearita Lalaceovy transformace) : Nechť f, g L jsou exonenciálního řádu α. Pak ro každé a, b R latí Laf + bg = alf + blg Věta 2.3 (o derivaci obrazu) : Nechť f L je exonenciálního řádu α, Lf = F. Pak Lt f(t) = F () Důsledek 2.4 : Nechť f L je exonenciálního řádu α, Lf = F. Pak Lt n f(t) = ( ) n F (n) () Příklad 2.3: Lt n = n! n+ ( > ) ro n N Věta 2.5 (o integraci obrazu) : Nechť f L je exonenciálního řádu α, Lf = F a existuje vlastní lim t + f(t) L = t F (q) dq f(t) t. Pak Věta 2.6 (o osunu v obrazu) : Nechť f L je exonenciálního řádu α, Lf = F, a R. Pak L e at f(t) = F ( a) ( > a + α). Věta 2.7 (o změně měřítka) : Nechť f L je exonenciálního řádu α, Lf = F, k >. Pak Lf(kt) = ( ) k F ( > kα). k Příklad 2.4: Lcos ωt = 2 + ω 2, Lsin ωt = ω 2 + ω 2 ( > ) ro ω >

[ZMA5-P75] 2.3 Zětná transformace Věta 2.8 : Nechť f, f 2 L, Lf = F, Lf 2 = F 2 a nechť F () = F 2 () na (, ) ro nějaké R. Pak f (t) = f 2 (t) s výjimkou nejvýše sočetně mnoha izolovaných bodů. Věta 2.9 : Nechť F je racionální funkce a nechť α je největší z reálných částí kořenů jejího jmenovatele. Pak existuje f L tak, že Lf(t) = F () ro > α rávě tehdy, když F je funkce ryze lomená a α α. Hledání ředmětu k funkci ryze lomené. rozklad na arciální zlomky 2. L = e at a (n )! tn e at L + D ( 2 + A + B) n ; A 2 < 4B : L ( a) n = ro n = kde a dostaneme oužijeme řeis + D 2 + A + B = + A 2 ( + A 2 )2 + (B A2 4 ) + = L a ( a) 2 + ω 2 + D + a ω a = A 2, + D 2 + A + B D A 2 ( + A 2 )2 + (B A2 4 ) = ω ( a) 2 + ω 2, ω = B A2 4, = e at( cos ωt + D + a ω ) sin ωt. ro n = 2 (jen seciální říady) L ( 2 + ω 2 ) 2 L ( 2 + ω 2 ) 2 = t sin ωt 2ω = 2ω sin ωt t cos ωt 3 2ω2 ro n obecné rekurentní vzorce (viz nař. skrita) Příklad 2.5: a) L 2 2 9 + 6 ( 2) 2 = 2t e 2t e 2t + 3 e t ( + ) b) L 2 + 6 2 = 2 e 2t cos 4t + + 4 + 2 2 e 2t sin 4t

[ZMA5-P76] 2.4 Obraz derivace a integrálu Věta 2. (o obrazu derivace) : Nechť f L je exonenciálního řádu α, Lf = F a f(+) = lim t + f(t) R. Pak Lf (t) = F () f(+) ( > max, α ). Odtud Tedy Lf (t) = L(f (t)) = Lf (t) f (+) = (F () f(+)) f (+) = = 2 F () f(+) f (+) Lf (t) = L(f (t)) =... atd. Důsledek 2. : Nechť f (n) L je exonenciálního řádu α, Lf = F a existují konečné f (k) (+) ro k =,..., n. Pak Lf (n) (t) = n F () n f(+) n 2 f (+)... f (n 2) (+) f (n ) (+) ( > max, α ). Příklad 2.6: Lsin t = L( cos t) = 2 + ( ) = 2 + ( > ) Věta 2.2 (o obrazu integrálu) : Nechť f L je exonenciálního řádu α, Lf = F. Pak t L f(τ) dτ = F () ( > max, α). Příklad 2.7: t Lt = L dτ = L = 2 ( > ) Příklad 2.8: Najděte řešení Cauchyovy úlohy (tečky zde značí derivace):... x +4ẋ = 8; x(+) =, ẋ(+) = 2, ẍ(+) = 4. Příklad 2.9: Řešte integrodiferenciální rovnici: y + 4y + 4 t y(τ) dτ = 2 + 4t; y(+) =. Příklad 2.: Řešte soustavu diferenciálních rovnic: y = 2y y 2 y 2 = y + 2 e t y (+) =, y 2 (+) =.

2.5 Věta o translaci [ZMA5-P77] dále ředokládáme, že ro f L je D(f) = R ro t Heavisideova funkce: H(t) = ro t < zřejmě ro f : R R latí f(t) ro t a) f(t) H(t) = ro t < f(t c) ro t c b) f(t c) H(t c) = ro t < c ( jiná značení: (t) = H(t); c (t) = H(t c) ) Věta 2.3 (o translaci) : Nechť f L je exonenciálního řádu α, Lf = F, c. Potom latí Lf(t c) H(t c) = F () e c ( > α ). Pro g(t) = f(t c) máme z Věty 2.3: Lg(t) H(t c) = Lf(t c) H(t c) = Lf(t) e c = Lg(t + c) e c. konečný imuls... f L, f(t) = ro t > t, t > často: f(t) = g(t) ( H(t a) H(t b) ), kde g L je sojitá, a < b Příklad 2.: Lf ro f(t) = sin t ro t π 2, π) ro t π 2, π) na, ) Příklad 2.2: Řešte Cauchyovu úlohu y +y = f(t), y(+) = y (+) =, kde f(t) = t 2 2t + 3 na, 2) 2t 3 na 2, ) V další větě budeme říkat funkci f L eriodická funkce s eriodou T >, jestliže ro všechna t bude latit f(t + T ) = f(t). Věta 2.4 (obraz eriodické funkce) : Nechť f L je eriodická funkce s eriodou T. Pak f je exonenciálního řádu a ro F = Lf latí F () = Je-li v situaci z Věty 2.4 f T taková funkce, že f T (t) = T f(t) e t dt e T. f(t) ro t, T ) ro t, T ) ( tj. f(t) = f T (t kt ) ro t kt, (k + )T ), k N ) a F T = Lf T, ak F () = F T () e T.

[ZMA5-P78] Příklad 2.3: Lf ro funkci f(t) = sin t. 2.6 Konvoluce obecně: f(t τ) g(τ) dτ dále ro f, g L ( tj. ro funkce nulové na (, ) ): Konvolucí funkcí f, g L nazýváme funkci f g definivanou ředisem ( ) t f g (t) = f(t τ)g(τ) dτ. Vlastnosti: f g = g f f (g + g 2 ) = f g + f g 2 (c f) g = f (c g) = c (f g), c R (f g) h = f (g h) Příklad 2.4 a: Z definice: f g ro f(t) = (viz obrázek KONV ke stažení), t, 3), t, 3) a g(t) = 2, t 2, 3), t 2, 3) Věta 2.5 (o obrazu konvoluce) : Nechť f, g L jsou exoneciálního řádu α, Lf = F, Lg = G. Potom L ( f g ) (t) = F () G() Z věty 2.5 máme: L F () G() = ( f g ) (t). Příklad 2.4 b: Nalezení konvoluce funkcí z říkladu 2.4 a) omocí Lalaceovy transformace. Příklad 2.5: Rovnice s očáteční odmínkou: y 5 t cos(t τ)y(τ) dτ = 8 sin t, y(+) =. Příklad 2.6: L ( 2 + ω 2 omocí konvoluce )