Приложения преобразования Лапласа: различия между версиями

Материал из sawiki
Перейти к навигации Перейти к поиску
Строка 31: Строка 31:
 
===Примеры:===
 
===Примеры:===
 
====Нахождение фундаментальной матрицы:====
 
====Нахождение фундаментальной матрицы:====
$$\dot x = Ax\, , \, x \in \mathbb{R}^n \\
+
\(\dot x = Ax\, , \, x \in \mathbb{R}^n \\
x(t) - \text{фундаментальная матрица, если:} \left\{ \begin{array}{rcl} \frac{dX}{dt}=Ax \\ X(0) = I\end{array} \right.$$
+
x(t) - \text{фундаментальная матрица, если:} \left\{ \begin{array}{rcl}
 +
\label{fm}
 +
\frac{dX}{dt}=Ax \\  
 +
X(0) = I
 +
\end{array}  
 +
\right.
 +
\)
 +
<br />
 +
\ref{fm}

Версия 12:40, 21 ноября 2020

Приведем некоторые основные формулы, используемые для решения дифференциальных уравнений и вычисления матричных экспоненциалов с помощью преобразования Лапласа:

  • $$x(t) \supset \frac{1}{p}$$
  • $$x(t)t^n \supset \frac{n!}{p^{n+1}}$$
  • $$x(t)t^{\alpha}e^{\beta t} \supset \frac{n!}{(p-\beta)^{n+1}}, \beta \in \mathbb{C}$$
  • $$x(t)t^{\alpha}\cos{\omega t} \supset \frac{\varGamma (\alpha + 1)}{2}\left(\frac{1}{(p-\omega i)^{\alpha+1}} + \frac{1}{(p+\omega i)^{\alpha+1}} \right)$$
  • $$x(t)t^{\alpha}\sin{\omega t} \supset \frac{\varGamma (\alpha + 1)}{2}\left(\frac{1}{(p-\omega i)^{\alpha+1}} - \frac{1}{(p+\omega i)^{\alpha+1}} \right)$$
  • $$x(t)\sin{\omega t} \supset \frac{\omega}{p^2 + \omega^2}$$
  • $$x(t)\cos{\omega t} \supset \frac{p}{p^2 + \omega^2}$$
  • $$x(t)e^{\beta t}\sin{\omega t} \supset \frac{\omega}{(p-\beta)^2 + \omega^2}$$
  • $$x(t)e^{\beta t}\cos{\omega t} \supset \frac{p-\beta}{(p-\beta)^2 + \omega^2}$$
  • $$x(t)e^{\beta t} \supset \frac{1}{p-\beta}$$
  • $$x(t)\operatorname{sh}{\omega t} \supset \frac{\omega}{p^2 - \omega^2}$$
  • $$x(t)\operatorname{ch}{\omega t} \supset \frac{p}{p^2 - \omega^2}$$
  • $$x(t)e^{\beta t}\operatorname{sh}{\omega t} \supset \frac{\omega}{(p-\beta)^2 - \omega^2}$$
  • $$x(t)e^{\beta t}\operatorname{ch}{\omega t} \supset \frac{p-\beta}{(p-\beta)^2 - \omega^2}$$

Свойства:

  • $$f(at) \supset \frac{1}{a}F(\frac{p}{a}) \, , \, a > 0$$
  • $$\frac{1}{b}\,f(\frac{t}{b}) \supset F(pb) \, , \, b > 0 \,;\, b=\frac{1}{a}$$
  • $$x(t-a)f(t-a) \supset e^{-ap}F(p)$$
  • $$x(t)f(t+a) \supset e^{ap}\left(F(p)-\int\limits_0^a f(t)e^{-pt} dt \right) $$
  • $$x(t)e^{\beta t} \supset F(p+\beta)$$

Дифференцируемость:

  • $$f^{(k)}(t) \supset p^{k}F(p) - p^0f^{(k-1)}(0) - pf^{(k-2)}(0) - \ldots - p^{k-1}f(0)$$
  • $$x(t)(-t)^k \supset F^{(k)}(p)$$

Интегрируемость:

  • $$\int\limits_0^t f(\tau) d\tau \supset \frac{F(p)}{p}$$
  • $$\frac{f(t)}{t} \supset \int\limits_0^{+\infty}F(z) dz$$

Примеры:

Нахождение фундаментальной матрицы:

\(\dot x = Ax\, , \, x \in \mathbb{R}^n \\ x(t) - \text{фундаментальная матрица, если:} \left\{ \begin{array}{rcl} \label{fm} \frac{dX}{dt}=Ax \\ X(0) = I \end{array} \right. \)
\ref{fm}