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Transformada de Laplace JuanManuelRodríguezPrieto
Transformada de Laplace
L f (t){ }(s) = e− st f (t)dt0
∞
∫
Transformada de Laplace
L f (t){ }(s) = e− st f (t)dt0
∞
∫
Ejemplo1:CalcularlatransformadadeLaplacedef(t)=1
L 1{ }(s) = e− st1dt0
∞
∫
L 1{ }(s) = e− st dt0
∞
∫
L 1{ }(s) = limB→∞
e− st dt0
B
∫
L 1{ }(s) = limB→∞
e− st
−s 0
B
L 1{ }(s) = limB→∞
e− s0
s− e
− sB
s⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
L 1{ }(s) = 1s
Transformada de Laplace
L f (t){ }(s) = e− st f (t)dt0
∞
∫
Ejemplo2:CalcularlatransformadadeLaplacedef(t)=t
L t{ }(s) = e− stt dt0
∞
∫Integraciónporpartes
e− stt dt∫
u = tdu = dtdv = e− st
v = − e− st
s
e− stt dt∫ = − te− st
s+ e− st
sdt∫
e− stt dt∫ = − te− st
s− e
− st
s2
L t{ }(s) = limB→∞
− Be− sB
s− e
− sB
s2+ 1s2
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
L t{ }(s) = 1s2
Transformada de Laplace
L f (t){ }(s) = e− st f (t)dt0
∞
∫
Ejemplo3:CalcularlatransformadadeLaplacede
L eat{ }(s) = e− steat dt0
∞
∫
eat
L eat{ }(s) = e(a−s )t dt0
∞
∫
L eat{ }(s) = limB→∞
e(a−s )B
a − s− e
(a−s )0
a − s⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
L eat{ }(s) = 1s − a
Transformada de Laplace
L f (t){ }(s) = e− st f (t)dt0
∞
∫
Ejemplo4:CalcularlatransformadadeLaplacede
L f '(t){ }(s) = e− st f '(t)dt0
∞
∫
f '(t)
e− st f '(t)dt∫Integralporpartes
dv = f '(t)v = f (t)u = e− st
du = −se− st
e− st f '(t)dt∫ = f (t)e− st + s e− st∫ f (t)dt
Transformada de Laplace Ejemplo4:CalcularlatransformadadeLaplacede
L f '(t){ }(s) = e− st f '(t)dt0
∞
∫
f '(t)
e− st f '(t)dt∫ = f (t)e− st + s e− st∫ f (t)dt
L f '(t){ }(s) = f (t)e− st( )0∞+ s e− st f (t)dt
0
∞
∫
L f '(t){ }(s) = s e− st f (t)dt0
∞
∫ − f (0)
L f '(t){ }(s) = sL f (t){ }(s)− f (0)
LatransformadadeLaplacedeladerivanosvaaservirpararesolverecuacionesdiferenciales
Transformada de Laplace TablasdetransformadasdeLaplace
Transformada de Laplace TablasdetransformadasdeLaplace
Transformada de Laplace transformadasdeLaplaceusandotablas,ejemplo1
L t 3 −10t −1{ }(s) =
Transformada de Laplace transformadasdeLaplaceusandotablas,ejemplo1
L t 3 −10t −1{ }(s) = L t 3{ }(s)− L 10t{ }(s)− L 1{ }(s)
= 3¡s4
−10 1s2
− 1s
LinealidaddelatransformadadeLaplace
Transformada de Laplace transformadasdeLaplaceusandotablas,ejemplo2
L t{ }(s) = 1s2
PropiedaddelcorrimientodelatransformadadeLaplace
L f (t)eat{ }(s) = F(s − a)L f (t){ }(s) = F(s)
L te2t{ }(s)CalculemoslatransformadadeLaplacede
PortablasdelastransformadasdeLaplacesabemosque
Usandolapropiedaddelcorrimiento
L te2t{ }(s) = 1(s − 2)2
Transformada de Laplace transformadasdeLaplaceusandotablas,ejemplo3
L cos(3t){ }(s) = ss2 + 32
= ss2 + 9
PropiedaddelcorrimientodelatransformadadeLaplace
L f (t)eat{ }(s) = F(s − a)L f (t){ }(s) = F(s)
L e2t cos(3t){ }(s)CalculemoslatransformadadeLaplacede
PortablasdelastransformadasdeLaplacesabemosque
Usandolapropiedaddelcorrimiento
L e2t cos(3t){ }(s) = s − 2(s − 2)2 + 9
Transformada de Laplace transformadasdeLaplaceusandotablas,ejemplo4
PropiedaddelcorrimientodelatransformadadeLaplace
L f (t)eat{ }(s) = F(s − a)L f (t){ }(s) = F(s)
L e2t sin(3t){ }(s)CalculemoslatransformadadeLaplacede
Transformada de Laplace transformadasdeLaplaceusandotablas,ejemplo4
L sin(3t){ }(s) = 3s2 + 32
= 3s2 + 9
PropiedaddelcorrimientodelatransformadadeLaplace
L f (t)eat{ }(s) = F(s − a)L f (t){ }(s) = F(s)
L e2t sin(3t){ }(s)CalculemoslatransformadadeLaplacede
PortablasdelastransformadasdeLaplacesabemosque
Usandolapropiedaddelcorrimiento
L e2t cos(3t){ }(s) = 3(s − 2)2 + 9
Transformada de Laplace TransformadasinversadeLaplace:Ejemplo1
L−1 2s2 − 3s + 5s3
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭= L−1 2s2
s3− 3ss3
+ 5s3
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= L−1 2s− 3s2
+ 5s3
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= L−1 2s
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭− L−1 3
s2⎧⎨⎩
⎫⎬⎭+ L−1 5
s3⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= 2L−1 1s
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭− 3L−1 1
s2⎧⎨⎩
⎫⎬⎭+ 5L−1 1
s3⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= 2 − 3t + 52t 2
Transformada de Laplace TransformadasinversadeLaplace:Ejemplo2
L−1 3s −1s2 + 4
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭= L−1 3s
s2 + 4− 1s2 + 4
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= L−1 3ss2 + 4
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭− L−1 1
s2 + 4⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= 3L−1 ss2 + 4
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭− L−1 1
s2 + 4⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= 3cos(2t)− 12sin(2t)
Transformada de Laplace TransformadasinversadeLaplace:Ejemplo2
L−1 5s(s + 4)3
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭= L−1 5(s + 4 − 4)
(s + 4)3⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= L−1 5(s + 4)− 20(s + 4)3
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= e−4 t L−1 5s − 20s3
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= e−4 t L−1 5s2
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭− 20e−4 t L−1 1
s3⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= 5e−4 tt − 20e−4 t 12t 2
L−1 F(s − a){ } = eatL−1 F(s){ }
Hemosusadolasiguientepropiedaddelatransformada
Transformada de Laplace TransformadasinversadeLaplace:Ejemplo3
L−1 2s − 5s2 − s + 6
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭= L−1 2s − 5
(s + 3)(s − 2)⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= L−1 A(s + 3)
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭+ L−1 B
(s − 2)⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= 115L−1 1
(s + 3)⎧⎨⎩
⎫⎬⎭− 15L−1 1
(s − 2)⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= 115e−3t − 1
5e2t
A(s + 3)
+ B(s − 2)
= As − 2A + Bs + 3B(s + 3)(s − 2)
= (A + B)+ (3B − 2A)(s + 3)(s − 2)
A = 115
B = − 15
(A + B) = 2−2A + 3B = −5
Transformada de Laplace TransformadasinversadeLaplace:Ejemplo4
L−1 2s +1s2 − 4s +13
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭= L−1 2s +1
(s − 2)2 + 9⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= L−1 2(s − 2 + 2)+1(s − 2)2 + 9
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= L−1 2(s − 2)+ 5(s − 2)2 + 9
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= e2t L−1 2s + 5s2 + 9
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
= e2t L−1 2ss2 + 9
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭+ L−1 5
s2 + 9⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
= e2t 2cos(3t)+ 53sen(3t)⎛
⎝⎜⎞⎠⎟
s2 − 4s +13= 0
r1 = 2 + 3ir2 = 2 − 3i
Raícescomplejasdeldenominador
s2 − 4s +13= s2 − 4s + 4 + 9= (s − 2)2 + 9
L−1 F(s − a){ } = eatL−1 F(s){ }
Hemosusadolasiguientepropiedaddelatransformada
Transformada de Laplace Ecuacionesdiferenciales
y '+ 5y = 1+ t
L y '{ }(s)+ 5L y{ }(s) = L 1{ }+ L t{ }
L y '{ }(s) = sL y{ }(s)− y(0)
L 1{ } = 1s
L t{ } = 1s2
sL y{ }(s)− y(0)+ 5L y{ }(s) = 1s+ 1s2
(s + 5)L y{ }(s) = 1s+ 1s2
+ y(0)
y(0) = 0(s + 5)L y{ }(s) = 1
s+ 1s2
y(t) = − 425e−5t + 5t + 4
25
L y{ }(s) = s +1s2 (s + 5)
L y{ }(s) = As+ Bs2
+ C(s + 5)
= As2 +Cs2 + 5As + Bs + 5Bs2 (s + 5)
A +C = 05A + B = 15B = 1
A = 425
B = 15
C = − 425
Transformada de Laplace Ecuacionesdiferenciales
y ''− 2y '− 3y = 1
L y ''{ }(s)− 2L y '{ }(s)− 3L y{ }(s) = L 1{ }
L y ''{ }(s) = s2L y{ }(s)− sy(0)− y '(0)L y '{ }(s) = sL y{ }(s)− y(0)
L 1{ } = 1s
s2L y{ }(s)− sy(0)− y '(0)− 2sL y{ }(s)+ 2y(0)− 3L y{ }(s) = 1s
y '(0) = 0
L y{ }(s) = As+ B(s − 3)
+ C(s +1)
= A(s − 3)(s −1)+ Bs(s +1)+Cs(s − 3)s(s − 3)(s +1)
y(0) = 0
s2L y{ }(s)− 2sL y{ }(s)− 3L y{ }(s) = 1s
(s2 − 2s − 3)L y{ }(s) = 1s
L y{ }(s) = 1s(s2 − 2s − 3)
L y{ }(s) = 1s(s − 3)(s +1)
L y{ }(s) = A(s2 − 2s − 3)+ B(s2 + s)+C(s2 − 3s)s(s − 3)(s +1)
L y{ }(s) = As2 + Bs +Cs2 − 2As + Bs − 3Cs − 3As(s − 3)(s +1)
L y{ }(s) = (A + B +C)s2 + (−2A + B − 3C)s − 3As(s − 3)(s +1)
Transformada de Laplace Ecuacionesdiferenciales
y ''− 2y '− 3y = 1 y '(0) = 0 y(0) = 0
L y{ }(s) = (A + B +C)s2 + (−2A + B − 3C)s − 3As(s − 3)(s +1)
A + B +C = 0−2A + B − 3C = 0−3A = 1
L y{ }(s) = 1s(s2 − 2s − 3)
B +C = 13
B − 3C = − 23
A = − 13
B +C = 13
B − 3C = − 23
C = 14
B = 112
L y{ }(s) = − 13s
+ 112(s − 3)
+ 14(s +1)
y(t) = − 13+ 112e3t + 1
4e− t
L y ''{ }(s)− 2L y '{ }(s)− 3L y{ }(s) = L 1{ }
Transformada de Laplace Ecuacionesdiferenciales
y ''− 5y '+ 6y = 1 y '(0) = 0 y(0) = 0
Transformada de Laplace Ecuacionesdiferenciales
y ''− 2y '+ 6y = 1 y '(0) = 0 y(0) = 0
L y ''{ }(s)− 2L y '{ }(s)+ 6L y{ }(s) = L 1{ }
L y ''{ }(s) = s2L y{ }(s)− sy(0)− y '(0)L y '{ }(s) = sL y{ }(s)− y(0)
L 1{ } = 1s
s2L y{ }(s)− sy(0)− y '(0)− 2sL y{ }(s)+ 2y(0)+ 6L y{ }(s) = 1s
s2L y{ }(s)− 2sL y{ }(s)+ 6L y{ }(s) = 1s
(s2 − 2s + 6)L y{ }(s) = 1s
L y{ }(s) = 1s(s2 − 2s + 6)
L y{ }(s) = As+ Bs +C(s2 − 2s + 6)
= A(s2 − 2s + 6)+ Bs2 +Css(s2 − 2s + 6)
= As2 − 2As + 6A + Bs2 +Css(s2 − 2s + 6)
= (A + B)s2 + (−2A +C)s + 6As(s2 − 2s + 6)
A + B = 0−2A +C = 0
6A = 1
A = 16
B = − 16
C = 13
Transformada de Laplace Ecuacionesdiferenciales
y ''− 2y '+ 6y = 1 y '(0) = 0 y(0) = 0
L y ''{ }(s)− 2L y '{ }(s)+ 6L y{ }(s) = L 1{ }
L y{ }(s) = 1s(s2 − 2s + 6)
L y{ }(s) = As+ Bs +C(s2 − 2s + 6)
L y{ }(s) = 16s
+− 16s + 13
(s2 − 2s + 6)
L y{ }(s) = 16s
+− 16s + 13
(s2 − 2s +1+ 5)
L y{ }(s) = 16s
+− 16(s −1+1)+ 1
3(s −1)2 + 5)
= 16s
+− 16(s −1)+ 1
3− 16
(s −1)2 + 5)
= 16s
+− 16(s −1)+ 1
6(s −1)2 + 5)
L y{ }(s) = 16s
+− 16(s −1)+ 1
6(s −1)2 + 5)
y(t) = 16+ L−1
− 16(s −1)+ 1
6(s −1)2 + 5)
⎧
⎨⎪
⎩⎪
⎫
⎬⎪
⎭⎪ y(t) = 1
6+ etL−1
− 16s + 16
(s2 + 5)
⎧
⎨⎪
⎩⎪
⎫
⎬⎪
⎭⎪
Transformada de Laplace Ecuacionesdiferenciales
y ''− 2y '+ 6y = 1 y '(0) = 0 y(0) = 0
L y ''{ }(s)− 2L y '{ }(s)+ 6L y{ }(s) = L 1{ }
y(t) = 16+ L−1
− 16(s −1)+ 1
6(s −1)2 + 5)
⎧
⎨⎪
⎩⎪
⎫
⎬⎪
⎭⎪
y(t) = 16+ etL−1
− 16s + 16
(s2 + 5)
⎧
⎨⎪
⎩⎪
⎫
⎬⎪
⎭⎪
y(t) = 16+ etL−1
− 16s
(s2 + 5)
⎧
⎨⎪
⎩⎪
⎫
⎬⎪
⎭⎪+ etL−1
16
(s2 + 5)
⎧
⎨⎪
⎩⎪
⎫
⎬⎪
⎭⎪
y(t) = 16− 16et cos( 5t)+ 5
30et sin( 5t)
Transformada de Laplace Ecuacionesdiferenciales
y ''−1y '+ 3y = 1 y '(0) = 0 y(0) = 0