Mátrix-exponens, Laplace transzformáció

Hasonló dokumentumok
RENDSZERTECHNIKA 8. GYAKORLAT

Differenciálegyenlet rendszerek

3. Lineáris differenciálegyenletek

DINAMIKAI VIZSGÁLAT OPERÁTOROS TARTOMÁNYBAN Dr. Aradi Petra, Dr. Niedermayer Péter: Rendszertechnika segédlet 1

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Bevezetés az algebrába 2 Differencia- és differenciálegyenlet-rendszerek

Jelek és rendszerek - 4.előadás

Modellek és Algoritmusok - 2.ZH Elmélet

MODELLEK ÉS ALGORITMUSOK ELŐADÁS

Folytonos rendszeregyenletek megoldása. 1. Folytonos idejű (FI) rendszeregyenlet általános alakja

4. Laplace transzformáció és alkalmazása

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

Bevezetés az algebrába 2

Differenciálegyenletek gyakorlat december 5.

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

3. előadás Stabilitás

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

PTE PMMFK Levelező-távoktatás, villamosmérnök szak

Számítógép-vezérelt szabályozás- és irányításelmélet

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Bevezetés az algebrába 2

2. Hogyan számíthatjuk ki két komplex szám szorzatát, ha azok a+bi alakban, illetve trigonometrikus alakban vannak megadva?

1. Komplex függvények dierenciálhatósága, Cauchy-Riemann egyenletek. Hatványsorok, elemi függvények

Matematika szigorlat, Mérnök informatikus szak I máj. 12. Név: Nept. kód: Idő: 1. f. 2. f. 3. f. 4. f. 5. f. 6. f. Össz.: Oszt.

differenciálegyenletek

6. gyakorlat. Gelle Kitti. Csendes Tibor Somogyi Viktor. London András. jegyzetei alapján

λx f 1 (x) e λx f 2 (x) λe λx f 2 (x) + e λx f 2(x) e λx f 2 (x) Hasonlóan általában is elérhető sorműveletekkel, hogy csak f (j)

Számsorok. 1. Definíció. Legyen adott valós számoknak egy (a n ) n=1 = (a 1, a 2,..., a n,...) végtelen sorozata. Az. a n

1. Bázistranszformáció

Feladatok a Diffrenciálegyenletek IV témakörhöz. 1. Határozzuk meg következő differenciálegyenletek általános megoldását a próba függvény módszerrel.

Sajátértékek és sajátvektorok. mf1n1a06- mf1n2a06 Csabai István

6. feladatsor: Inhomogén lineáris differenciálegyenletek (megoldás)

9. Előadás. (9. előadás) Lineáris egyr.(3.), Sajátérték április / 35

Fourier transzformáció

Tartalom. Állapottér reprezentációk tulajdonságai stabilitás irányíthatóság megfigyelhetőség minimalitás

Differenciálegyenletek

4. Lineáris rendszerek

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

Lineáris algebra numerikus módszerei

Határozatlan integrál

Tartalom. 1. Állapotegyenletek megoldása 2. Állapot visszacsatolás (pólusallokáció)

GPK M1 (BME) Interpoláció / 16

12. Mikor nevezünk egy részhalmazt nyíltnak, illetve zártnak a valós számok körében?

Jelek és rendszerek 1. 10/9/2011 Dr. Buchman Attila Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

Lineáris algebra Gyakorló feladatok

Jelek és rendszerek - 7.előadás

y = y 0 exp (ax) Y (x) = exp (Ax)Y 0 A n x n 1 (n 1)! = A I + d exp (Ax) = A exp (Ax) exp (Ax)

Matematika (mesterképzés)

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

Lineáris leképezések (előadásvázlat, szeptember 28.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Elhangzott tananyag óránkénti bontásban

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

5. Lineáris rendszerek

Lineáris leképezések. 2. Lineáris-e az f : R 2 R 2 f(x, y) = (x + y, x 2 )

1.9. B - SPLINEOK B - SPLINEOK EGZISZTENCIÁJA. numerikus analízis ii. 34. [ a, b] - n legfeljebb n darab gyöke lehet. = r (m 1) n = r m + n 1

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

Matematika III. harmadik előadás

Fourier-sorok. néhány esetben eltérhetnek az előadáson alkalmazottaktól. Vizsgán. k=1. 1 k = j.

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

Bevezetés az állapottér-elméletbe Dinamikus rendszerek állapottér reprezentációi

Mátrixok 2017 Mátrixok

Hatványsorok, Fourier sorok

2. Fourier-elmélet Komplex trigonometrikus Fourier-sorok. 18 VEMIMAM244A előadásjegyzet, 2010/2011

1.7. Elsőrendű lineáris differenciálegyenlet-rendszerek

Differenciálegyenletek december 13.

T obbv altoz os f uggv enyek integr alja. 3. r esz aprilis 19.

Matematika I. NÉV:... FELADATOK:

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

Matematika I. NÉV:... FELADATOK: 2. Határozzuk meg az f(x) = 2x 3 + 2x 2 2x + 1 függvény szélsőértékeit a [ 2, 2] halmazon.

Saj at ert ek-probl em ak febru ar 26.

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

(x + 1) sh x) (x 2 4) = cos(x 2 ) 2x, e cos x = e

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

Ha ismert (A,b,c T ), akkor

SCHRÖDINGER-EGYENLET SCHRÖDINGER-EGYENLET

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

1 Lebegőpontos számábrázolás

1. Diagonalizálás. A Hom(V) diagonalizálható, ha van olyan bázis, amelyben A mátrixa diagonális. A diagonalizálható van sajátvektorokból álló bázis.

Mátrixfüggvények. Wettl Ferenc április 28. Wettl Ferenc Mátrixfüggvények április / 22

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Matematika szigorlat, Mérnök informatikus szak I máj. 29.

Fourier sorok február 19.

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

Márkus Zsolt Tulajdonságok, jelleggörbék, stb BMF -

Lineáris algebra. =0 iє{1,,n}

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

Numerikus matematika vizsga

LNM folytonos Az interpoláció Lagrange interpoláció. Lineáris algebra numerikus módszerei

Differenciálegyenletek megoldása Laplace-transzformációval. Vajda István március 21.

Analízis II. Analízis II. Beugrók. Készítette: Szánthó József. kiezafiu kukac gmail.com. 2009/ félév

Jelek és rendszerek MEMO_03. Pletl. Belépő jelek. Jelek deriváltja MEMO_03

Irányítástechnika 2. előadás

Numerikus módszerek II. zárthelyi dolgozat, megoldások, 2014/15. I. félév, A. csoport. x 2. c = 3 5, s = 4

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

Abszolút folytonos valószín ségi változó (4. el adás)

(!), {z C z z 0 < R} K (K: konv. tart.) lim cn+1

Átírás:

2016. április 4. 2016. április 11.

LINEÁRIS DIFFERENCIÁLEGYENLET RENDSZEREK ÉS A MÁTRIX-EXPONENS KAPCSOLATA

Feladat - ismétlés Tegyük fel, hogy A(t) = (a ik (t)), i, k = 1,..., n és b(t) folytonos mátrix-függvények adott I R intervallumon, és legyen (t 0, x 0 ) I R n adott. Tekintsük ekkor az kezdeti-érték feladatot, mely Tétel 1. ẋ(t) = A(t)x(t) + b(t), x(t 0 ) = x 0 b(t) 0 esetén homogén, b(t) 0 esetén inhomogén. Ha A(t) és b(t) folytonosak I-n, akkor a fenti lineáris kezdetiérték feladatnak mindig létezik egyértelmű, a teljes I intervallumon értelmezett megoldása.

Megoldás - ismétlés Tétel 2. Ha A(t) folytonos I-n, akkor a homogén rendszer megoldásai közt található pontosan n darab lineárisan független megoldás, és bármely más megoldás ezek lineáris kombinációjaként áll elő. Azaz, ha {ϕ 1 (t),..., ϕ n (t)} az alaprendszer, akkor φ(t) = (ϕ 1 (t),..., ϕ n (t)) a rendszer alapmátrixa; az alaprendszer függvényei egy n-dimenziós alteret alkotnak a C 1 (I, R n ) vektortérben, és ők alkotják az altér bázisát; minden megoldás előállítható a φ(t) alapmátrix segítségével az x(t) = φ(t)φ 1 (t 0 )x 0 alakban. A φ(t) alapmátrix meghatározására persze általános módszerünk nincs! Ezen szeretnénk most segíteni!

Állandó együtthatós homogén rendszerek - ismétlés Tekintsük most az ẋ(t) = Ax(t), t I rendszert, ahol A konstans n n-es mátrix. Tétel 3. Ha az A mátrixnak van n darab lineárisan független sajátvektora, akkor a fenti rendszer alapmátrixa φ(t) = (e λ 1t s 1,..., e λnt s n ) alakú, ahol λ 1,..., λ n a mátrix sajátértékei, s 1,..., s n pedig a normált, lineárisan független sajátvektorai. Cél: a kiszámítás egyszerűsítése a numerikus analízis eszközeivel!

Előkészületek: mátrix-polinom Legyenek adottak az a k, k = 0, 1,..., n komplex számok, és tekintsük a komplex változós polinomot. Definíció 1. Ha A C n n, akkor a p(λ) = a 0 + a 1 λ +... + a n λ n p(a) = a 0 + a 1 A +... + a n A n polinomot komplex együtthatós mátrix-polinomnak nevezzük. Tétel 4 (Cayley-Hamilton tétel). Minden négyzetes mátrix gyöke a karakterisztikus polinomjának, azaz D(A) = 0, ahol D(λ) = det (A λi).

Mátrix-polinom létezése Legyen most az f komplex analitikus függvény olyan, mely értelmezve van a négyzetes mátrixok halmazán, és tekintsük az sorfejtését. Tétel 5. Ha az f (λ) = f (λ) = c k λ k k=0 c k λ k k=0 analitikus függvényt előállító hatványsor a λ < ρ körlapon konvergens, és az A n n-es mátrix összes sajátértéke a konvergencia-tartományba esik, akkor az f (A) n n-es mátrix létezik.

Bizonyítás vázlat Legyenek λ 1,..., λ k az A sajátértékei m 1,..., m k, m 1 +... + m k = n multiplicitással. Legyen továbbá D(λ) = ( 1) n (λ λ 1 ) m1... (λ λ k ) m k a mátrix karakterisztikus polinomja. Ekkor D(λ i ) = D (λ i ) =... = D (m i 1) (λ i ) = 0, ahol i = 1,..., k, m 1 +... + m k = n. Azaz az n darab f (j) (λ i ) adathoz létezik egyértelműen egy olyan h(λ) Hermite-féle interpolációs polinom olyan, melyre h (j) (λ i ) = f (j) (λ i ). Megmutatható, hogy ekkor f (A) létezik, és f (A) = h(a).

f (A) meghatározásának menete Azaz f (A) meghatározása nem más, mint egy Hermite-féle interpolációs polinom felépítése a sajátértékek rendszerére. A differenciálegyenlet-rendszerek megoldása során az f (λ) = e λ függvény közelítésére építjük majd a megfelelő Hermite-féle interpolációs polinomot. Definíció 2. Ha A n n-es mátrix, akkor e A = k=0 A k k! az exponenciális függvény sorfejtése alapján.

f (A) meghatározásának menete Azaz f (A) meghatározása nem más, mint egy Hermite-féle interpolációs polinom felépítése a sajátértékek rendszerére. A differenciálegyenlet-rendszerek megoldása során az f (λ) = e λ függvény közelítésére építjük majd a megfelelő Hermite-féle interpolációs polinomot. Definíció 2. Ha A n n-es mátrix, akkor e A = k=0 A k k! az exponenciális függvény sorfejtése alapján.

A mátrix-exponens tulajdonságai Tétel 6. (i) Ha A és B felcserélhető n n-es mátrixok, akkor e A e B = e B e A = e A+B. (ii) Az e A mátrixnak létezik inverze, jele e A. (iii) Tétel 7. d dt eat = Ae At, t R. Az ẋ(t) = Ax(t) d.e. rendszer egy alapmátrixa a mátrix. φ(t) = e At

Kapcsolat a DER megoldása és a mátrix-exponens közt Azaz ha az Hermite-féle interpoláció feladatát az f (λ, t) = e λt függvényre írjuk fel, ahol t paraméterként, λ pedig változóként szerepel, akkor e At = h(a, t), ahol h (j) (λ i, t) = t j e λ i t, i = 1,..., k, j = 0,..., m i 1 feltételekből számolhatók ki a h polinom együtthatói.

Kapcsolat a DER megoldása és a mátrix-exponens közt Tétel 8. Tekintsük az ẋ(t) = Ax(t) + b(t), t I állandó együtthatós inhomogén rendszert, ahol b(t) folytonos mátrix-függvény, és legyen a homogén rész alapmátrixa e At. Ekkor az inhomogén rendszer általános megoldása t ] x(t) = e [c At + e Aτ b(τ) dτ, t 0 I, c R n t 0 alakban írható fel.

LAPLACE-TRANSZFORMÁCÓ ÉS ALKALMAZÁSA DIFFERENCIÁLEGYENLET RENDSZEREK MEGOLDÁSÁRA

Bevezető példa Tekintsük egy autómotor erősen leegyszerűsített modelljét: tegyük fel, hogy T dv dt + v = K u, ahol u a gázadás függvénye, v a fordulatszám, T, K állandók. 1. eset: legyen u(t) = δ(t) Dirac-delta és v( 0) = 0 a kezdeti feltétel. Ekkor v(t) = K T e t/t, azaz egy hirtelen "gázfröccs" hatására a fordulatszám megugrik, majd exponenciális sebességgel lecseng az alaphelyzetre. 2. eset: legyen u(t) = η(t) egységugrás függvény és v( 0) = 0 a kezdeti feltétel. Ekkor ( ) v(t) = K 1 e t/t, azaz egy hirtelen ugrás után állandósuló gázadás hatására a fordulatszám is idővel állandósul.

Bevezető példa Tekintsük egy autómotor erősen leegyszerűsített modelljét: tegyük fel, hogy T dv dt + v = K u, ahol u a gázadás függvénye, v a fordulatszám, T, K állandók. 1. eset: legyen u(t) = δ(t) Dirac-delta és v( 0) = 0 a kezdeti feltétel. Ekkor v(t) = K T e t/t, azaz egy hirtelen "gázfröccs" hatására a fordulatszám megugrik, majd exponenciális sebességgel lecseng az alaphelyzetre. 2. eset: legyen u(t) = η(t) egységugrás függvény és v( 0) = 0 a kezdeti feltétel. Ekkor ( ) v(t) = K 1 e t/t, azaz egy hirtelen ugrás után állandósuló gázadás hatására a fordulatszám is idővel állandósul.

Bevezető példa Tekintsük egy autómotor erősen leegyszerűsített modelljét: tegyük fel, hogy T dv dt + v = K u, ahol u a gázadás függvénye, v a fordulatszám, T, K állandók. 1. eset: legyen u(t) = δ(t) Dirac-delta és v( 0) = 0 a kezdeti feltétel. Ekkor v(t) = K T e t/t, azaz egy hirtelen "gázfröccs" hatására a fordulatszám megugrik, majd exponenciális sebességgel lecseng az alaphelyzetre. 2. eset: legyen u(t) = η(t) egységugrás függvény és v( 0) = 0 a kezdeti feltétel. Ekkor ( ) v(t) = K 1 e t/t, azaz egy hirtelen ugrás után állandósuló gázadás hatására a fordulatszám is idővel állandósul.

Motiváció A rendszertechnika, rendszeranalízis alapfeladata: átmeneti folyamatok vizsgálata. A megoldás eszköze: differenciálegyenletek és rendszerek megoldása Gyakori probléma azonban, hogy az eredeti környezetben (időtartományban) nehezen vagy egáltalán nem oldhatók meg ezek az egyenletek, viszont egy alkalmas másik tartományba (pl. a frekvencia-tartományba) áttranszformálva az egyenletet már könnyebb dolgunk lesz. Az eszköz tehát az integráltranszformáció alkalmazása. Leggyakoribb esetek: Fourier- és Laplace-transzformáció A transzformáció származtatásáról majd később lesz szó!

Alkalmas függvényosztály Definíció 3. Egy f : [a, b] R függvény szakaszonként folytonos [a, b]-n, ha [a, b] felbontható véges sok olyan részintervallumra, melyek belsejében f folytonos, a végpontokban pedig f -nek véges egyoldali határértéke van. Definíció 4. Az f : [0, + ] R függvény legfeljebb a-adrendben exponenciálisan növő, ha létezik olyan a R és K > 0, hogy bármely t 0 esetén f (t) Ke at Definíció 5 (a-adrendű megengedett függvények osztálya). Jelölje M a azon f : [0, + ] R függvények osztályát, melyek bármely [0, b], b > 0 intervallumon szakaszonként folytonos, legfeljebb a-adrendben exponenciálisan növő függvények.

Laplace-transzformáció Definíció 6. Egy f : [0, + ] R függvény Laplace-transzformáltján az L(f, s) := + 0 f (t)e st dt függvényt értjük minden olyan s C esetén, melyre a fenti integrál konvergens. s az ún. komplex frekvencia, a transzformáció során pedig az ún. komplex frekvenciatartományba térünk át. Tétel 9 (Elégséges feltétel a létezésre). Legyen f M a, a R. Ekkor f Laplace-transzformáltja értelmezve van minden olyan s C pontban, melyre R(s) > a. Az {s C : R(s) > a} félsíkot konvergencia-félsíknak nevezzük.

Tulajdonságok Tétel 10 (Linearitás). Ha f M a, g M b, a, b R és λ R tetszőleges, akkor L(f + λg, s) = L(f, s) + λl(g, s), R(s) > max{a, b}. Tétel 11. Ha f M a olyan, hogy f differenciálható és deriváltja folytonos a [0, + ]-en, akkor R(s) > a esetén L(f, s) = s L(f, s) f (0) Tétel 12. Ha f M a olyan, hogy f n-szer folytonosan differenciálható a [0, + ]-en, akkor R(s) > a esetén L(f (n), s) = s n L(f, s) s n 1 f (0) s n 2 f (0)... f (n 1) (0)

Tulajdonságok Tétel 13. Ha f M a folytonos és t 0 mellett g(t) = t 0 f (τ)dτ, akkor R(s) > a esetén L(g, s) = 1 L(f, s) s Tétel 14. Ha f M a és g(t) = t n f (t), akkor R(s) > a esetén L(g, s) = ( 1) n [L(f, s)] (n)

Tulajdonságok Tétel 15. 1. Ha f M a és g(t) = f (λt), λ > 0, akkor R(s) > λa esetén L(g, s) = 1 ( λ L f, s ) λ (Hasonlósági tétel) 2. Ha f M a és g(t) = e λt f (t), λ R, akkor R(s) > λ + a esetén L(g, s) = L (f, s λ) (Eltolási tétel 1.) 3. Ha f M a és g(t) = f (t λ), t > λ, g(t) = 0, t λ, λ > 0, akkor R(s) > a esetén L(g, s) = e λs L (f, s) (Eltolási tétel 2.)

Konvolúció Definíció 7. Az f : [0, + ] R és g : [0, + ] R függvények f g konvolúcióján az (f g)(t) := t 0 f (τ)g(t τ)dτ függvényt értjük minden olyan t 0 pontban, ahol a fenti integrál létezik. Kommutatív és asszociatív a művelet. Tétel 16. Ha f M a, g M b, a, b R, akkor R(s) > max{a, b} esetén L(f g, s) = L(f, s) L(g, s)

Konvolúció Ha az időtartományban a konvolúcióval számított válasz y(t) = w(t) s(t) alakú, akkor a komplex frekvenciatartományba áttérve az Y (s) = W (s)s(s) algebrai egyenletet kapjuk a Laplace-transzformáltakra. Azaz egy lineáris rendszer átviteli függvénye a kimenet és a bemenet Laplace-transzformáltjainak hányadosa W (S) = Y (s) S(s)

Inverz transzformáció Tétel 17. Ha f M a folytonos, F (s) := L (f, s), akkor t 0 esetén L 1 (F, t) = f (t) = 1 2πi ahol A > a tetszőleges. A+Bt lim F (s)e st ds B A Bt Szimmetrikus improprius komplex vonalintegrál = gyakorlatban nem használjuk, helyette megpróbáljuk kitalálni a transzformáció tulajdonságai alapján az eredeti függvényt.

Származtatás Emlékeztető: Fourier-sorfejtés - legyen a 2p szerint periodikus f függvény Fourier sora f (x) = a 0 2 + k=1 ( a k cos kπx p + b k sin kπx ) p alakú, melyről tudjuk, hogy a függvényt a folytonos időtartományból a diszkrét frekvencia-tartományba viszi. Cél: ennek kiterjesztése olyan függvényekre, melyek nem periodikusak! Megoldás: legyen Ekkor c 0 = a 0 2, c k = a k ib k 2, c k = a k + ib k, k N. 2 a k = c k + c k, b k = i(c k c k ), k N.

Származtatás Így = f (x) = c 0 + + k=1 ( c k cos kπx p i ( c k sin kπx p + c k cos kπx ) + p ) c k sin kπx p k=1 ( = c 0 + c k cos kπx ) kπx + i sin + p p k=1 ( + c k cos kπx ) kπx i sin = p p k=1 ( c k cos kπx ) kπx + i sin = c k e i kπx p p p k= k= =

Származtatás Mindkét oldal exponenciális súlyokkal vett integrálját p és p véve adódik, hogy p p mπx i f (x)e p dx = k= c k p p Könnyen látható, hogy a jobb oldali intergál így p p e i (k m)πx p dx = e i (k m)πx p dx. { 0 ha k m 2p ha k = m, c k = 1 p kπξ i f (ξ)e p dξ, k Z. 2p p

Származtatás Tehát f (x) = k= 1 p kπ(ξ x) i f (ξ)e p dξ. 2p p Tegyük fel most, hogy p, és a nemperiodikus f függvényünk olyan, hogy f (x) dx <. Ekkor = 1 2π f (x) = 1 2π e ixy f (ξ)e iyξ dξ } {{ } g(y) f (ξ)e iy(ξ x) dξ dy = dy = 1 2π g(y)e ixy dy

Származtatás Adott f függvényhez a megfelelő g függvényt az ún. Fourier-transzformáció rendeli hozzá, azaz F(f (x)) = 1 2π f (x)e ixy dx = g(y) és F 1 (g(y)) = 1 2π g(y)e ixy dy = f (x). Alkalmazás: átviteli karakterisztika meghatározása tetszőleges gerjesztés és arra adott válasz alapján (pl. távközlési rendszerekben, stb...)

Származtatás Gond: szűk azoknak a függvényeknek az osztálya, melyek abszolút integrálhatóak, azaz melyekre a Fourier-transzformáció értelmezhető. (Egységugrás gerjesztés például nem Fouriertranszformálható.) Cél: az alkalmas függvényosztály bővítése a transzformáció módosításával Eszköz: Laplace-transzformáció, mely során exponenciális súlyozással biztosítjuk az abszolút integrálhatóságot. Most viszont csak olyan esetekkel foglalkozunk, melyeknél a rendszer bemenetére a t = 0 időpillanatban egy olyan gerjesztést kapcsolunk, melynek értéke t < 0 estén nulla. Azaz a gerjesztés belépő, így a kauzalitás miatt a válaszjel is belépő lesz. Ezen válaszjel kiszámítására alkalmas a Laplace-transzformáció.

Származtatás Legyen tehát a választott függvényünk e xt f (t), x > 0 alakú, ahol t a változó, x > 0 pedig tetszőleges, szabad paraméter. Tegyük fel továbbá, hogy f (t) 0, ha t < 0. Ekkor F(y, x) = Tegyük fel most, hogy f M a. Ekkor 1 e (x+iy)t g(y, x) dy = 2π 0 e iyt e xt f (t) dt. { 0 ha t < 0 f (t) ha t > 0.

Származtatás Jelölje s := x + iy: Ekkor g(y, x) = g(s), továbbá és { 1 x+i e ts 0 ha t < 0 g(s) ds = 2iπ x i f (t) ha t > 0, 0 e ts f (t) dt = g(s), R(s) > x 0 > 0. Ha ez az utóbbi integrál konvergens, akkor a g(s) függvényt az f (t) függvény Laplace-transzformáltjának nevezzük.