Laplace transzformáció

Hasonló dokumentumok
Laplace-transzformáció és alkalmazása

1.1. A Laplace-transzformált és fontosabb tulajdonságai

Eötvös Lóránd Tudományegyetem Természettudományi Kar. A Laplace-transzformáció és alkalmazásai. Szakdolgozat. Laczkó Éva

Laplace-transzformáció és alkalmazása

Inverz Laplace-transzformáció. Vajda István március 4.

Matematika M1 1. zárthelyi megoldások, 2017 tavasz

4. Laplace transzformáció és alkalmazása

Frekvenciatartomány Irányítástechnika PE MI BSc 1

Maradékos osztás nagy számokkal

Irányítástechnika 3. előadás

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Integrálszámítás. a Matematika A1a-Analízis nevű tárgyhoz november

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Határozatlan integrál, primitív függvény

Mindennapjaink. A költő is munkára

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

Differenciálszámítás. 8. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Differenciálszámítás p. 1/1

HÁZI FELADATOK. 3. félév. 1. konferencia A Laplace-transzformáció

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

Gyengesavak disszociációs állandójának meghatározása potenciometriás titrálással

Analízis I. beugró vizsgakérdések

A differenciálgeometria alapjai: görbeelmélet

Irányítástechnika 4. előadás

Matematika A1a Analízis

Feladatgy jtemény az Irányítástechnika II. c. tárgyhoz

Hurokegyenlet alakja, ha az áram irányával megegyező feszültségeséseket tekintjük pozitívnak:

Érzékelők és beavatkozók

Megoldások. ξ jelölje az első meghibásodásig eltelt időt. Akkor ξ N(6, 4; 2, 3) normális eloszlású P (ξ

Határozatlan integrál

Kalkulus I. NÉV: Határozzuk meg a következő határértékeket: 8pt

n 2 2n), (ii) lim Értelmezési tartomány, tengelymetszetek, paritás. (ii) Határérték. (iii) Első derivált, monotonitás, (ii) 3 t 2 2t dt,

Fourier transzformáció

9. feladatsor: Többváltozós függvények deriválása (megoldás)

Matematika A1a Analízis

Függvény differenciálás összefoglalás

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Határozatlan integrál (2) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Függvények 1. oldal Készítette: Ernyei Kitti. Függvények

Széchenyi István Egyetem MTK Szerkezetépítési és Geotechnikai Tanszék Tartók statikája I. Dr. Papp Ferenc RÚDAK CSAVARÁSA

IV. INTEGRÁLSZÁMÍTÁS Megoldások november

Négypólusok tárgyalása Laplace transzformációval

2014. november Dr. Vincze Szilvia

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

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

A maximálisan lapos esetben a hurokerősítés Bode diagramjának elhelyezkedése Q * p így is írható:

Tanulási cél Szorzatfüggvényekre vonatkozó integrálási technikák megismerése és különböző típusokra való alkalmazása. 5), akkor

6. ELŐADÁS DIFFERENCIÁLSZÁMÍTÁS II. DIFFERENCIÁLÁSI SZABÁLYOK. BSc Matematika I. BGRMA1HNND, BGRMA1HNNC

A PIV - hajtásról II.

Jelek és rendszerek - 4.előadás

Szili László. Integrálszámítás (Gyakorló feladatok) Analízis 3. Programtervező informatikus szak BSc, B és C szakirány

A kör harmadik pontjának meghatározásához egy könnyen kiszámítható pontot keressünk

8n 5 n, Értelmezési tartomány, tengelymetszetek, paritás. (ii) Határérték. (iii) Első derivált, monotonitás,

Matematika I. NÉV:... FELADATOK:

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása A csoport

Villámvédelem 3. #5. Elszigetelt villámvédelem tervezése, s biztonsági távolság számítása. Tervezési alapok (norma szerint villámv.

Következik, hogy B-nek minden prímosztója 4k + 1 alakú, de akkor B maga is 4k + 1 alakú, s ez ellentmondás.

Fourier-sorok. Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

A brachistochron probléma megoldása

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

x a x, ha a > 1 x a x, ha 0 < a < 1

Obudai Egyetem RKK Kar. Feladatok a Matematika I tantárgyhoz

Proxy Cache Szerverek hatékonyságának vizsgálata The Performance of the Proxy Cache Server


Dierenciálhatóság. Wettl Ferenc el adása alapján és

1. MINTAFELADATSOR KÖZÉPSZINT JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Differenciálegyenletek. Vajda István március 4.

FELVÉTELI VIZSGA, július 21. Írásbeli próba MATEMATIKÁBÓL A. RÉSZ

A m becslése. A s becslése. A (tapasztalati) szórás. n m. A minta és a populáció kapcsolata. x i átlag

Gyakorló feladatok a Kísérletek tervezése és értékelése c. tárgyból Kísérlettervezés témakör

Egyváltozós függvények differenciálszámítása

Az átviteli (transzfer) függvény, átviteli karakterisztika, Bode diagrammok

7. feladatsor: Laplace-transzformáció (megoldás)

A mobil hírközlés alapjai

Analízis I. Vizsgatételsor

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

Numerikus módszerek 1.





Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

6. Függvények. Legyen függvény és nem üreshalmaz. A függvényt az f K-ra való kiterjesztésének

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

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Feladatok megoldásokkal az első gyakorlathoz (differencia- és differenciálhányados fogalma, geometriai és fizikai jelentése) (x 1)(x + 1) x 1

n n (n n ), lim ln(2 + 3e x ) x 3 + 2x 2e x e x + 1, sin x 1 cos x, lim e x2 1 + x 2 lim sin x 1 )

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

Differenciál és integrálszámítás diszkréten

Lineáris algebra numerikus módszerei

Jármőtervezés és vizsgálat I. VALÓSZÍNŐSÉGSZÁMÍTÁSI ALAPFOGALMAK Dr. Márialigeti János

Differenciál - és integrálszámítás. (Kreditszám: 7) Tantárgyfelelős: Dr. Losonczi László egyetemi tanár. Meghirdető tanszék: Analízis Tanszék

1. Folytonosság. 1. (A) Igaz-e, hogy ha D(f) = R, f folytonos és periodikus, akkor f korlátos és van maximuma és minimuma?

6. Differenciálegyenletek

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

Diszkrét matematika I.

DIFFERENCIÁL EGYENLETRENDSZEREK DR. BENYÓ ZOLTÁN

Megoldások. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) 1. Határozd meg a következő kifejezésekben a c értékét!

MINERVA TÉRINFORMATIKAI RENDSZER ELEKTROMOS HÁLÓZAT TÉRINFORMATIKAI INTEGRÁCIÓJA

Átírás:

Laplace tranzformáció 27. márciu 19. 1. Bevezeté Definíció: Legyen f :, R. Az F ) = f t) e t dt függvényt az f függvény Laplace-tranzformáltjának nevezzük, ha a fenti impropriu integrál valamilyen R zámokra konvergen. Megjegyzéek: A Laplace-tranzformáció tehát egy olyan leképezé, amely függvényhez függvényt rendel: f F. A Laplace-tranzformáció definíciójában f általában komplex változó fügvény é i komplex zám. Mi azonban a cak való zámokra zorítkozunk. A definícióban zereplő impropriu integrált Laplace-integrálnak nevezzük. Az f függvényt generátorfüggvénynek nevezzük. Azt i zoká mondani, hogy az f függvény az F inverz Laplace-tranzformáltja. A generátorfüggvényt a definícióban cak nemnegatív zámokra értelmeztük. Szokták negatív zámokra i értelmezni, azonban ilyenkor f a negatív helyek mindegyikén -t vez fel. Jelöléek: A Laplace-tranzformáltra: F )= f )=L f t) ] = L f ] Az inverz Laplace-tranzformáltra: f t)=l 1 F]=L 1 F )] A kapcolatukra: f F, illetve F f. Tétel: A Laplace-integrál konvergenciájával kapcolatban cak az alábbi három eet valamelyike fordulhat elő: Minden R eetén konvergen. 1

Egyetlen R eetén em konvergen. Létezik olyan a R zám, hogy <a eetén a Laplace-integrál divergen, >a eetén pedig konvergen. Tétel: Ha létezik olyan K R + éα R, hogy f t) Ke αt, akkor az f t) e t dt Laplace-integrál > α eetén konvergen. Tétel: Ha az f függvénynek létezik Laplace-tranzformáltja é c R, akkor a c f függvénynek i létezik Laplace-tranzformáltja é L c f ] = cl f ] Tétel: Legyenek f 1 é f 2 olyan függvények, amelyek Laplace-tranzformáltja létezik. Ekkor létezik f 1 + f 2 Laplace-tranzformáltja i é: L f 1 + f 2 ] = L f1 ] + L f2 ] Tétel: Legyenek f 1 é f 2 olyan függvények, amelyek Laplace-tranzformáltja létezik. Ha c 1, c 2 R, akkor létezik c 1 f 1 + c 2 f 2 Laplace-tranzformáltja i é: L c 1 f 1 + c 2 f 2 ] = c1 L f 1 ] + c2 L f 2 ] Megjegyzé: Az utóbbi tételnek az előző kettő peciáli eete. A két peciáli eet együtteen ekvivalen az utoló tétellel, amely biztoan igaz, ha az előző kettő igaz. 2. Néhány konkrét függvény Laplace-tranzformáltja 2.1. Az egyégugrá függvény Laplace-tranzformáltja Definíció: Az 1:R R, 1 t)= függvényt egyégugrá függvénynek nevezzük. L 1]= e t dt= et { ha t< 1 ha t = lim eω + 1 ) = 1 ω ha > 2.2. Az exponenciáli függvény Laplace-tranzformáltja L e at] = e at e t dt= Példa: e 3t 1 3 e a)t dt= e a)t a e a)ω = lim ω a 1 ) = 1 a a ha >a

2.3. A hiperboliku függvények Laplace-tranzformáltja ] e at e at L h at)]=l = 1 ] L e at L e at]) = 1 1 2 2 2 a 1 ) = +a Példa: h 2t 2 2 4 ] e at + e at L ch at)]=l = 1 ] L e at + L e at]) = 1 1 2 2 2 a + 1 ) = +a Példa: ch 5t 2 25 ha ha a 2 a 2 > a 2 a 2 2.4. A trigonometriku függvények Laplace-tranzformáltja > a L in at)]= = lim ω in at) e t v=inat), u =e t dt= in aω) eω in at) et + a co at) e t dt= v=coat), u =e t ) a at) et + co a2 2 in at) e t dt= = a 2 lim co aω) ω eω 1) a2 L in at)] ha > 2 Tehát a következő egyenlethez jutottunk: Ebből rendezéel adódik: L in at)]= a 2 a2 L in at)]= L in at)] ha > 2 a 2 + a 2 ha >

Az előző gondolatmenethez haonlóan: L co at)]= = lim ω co at) e t v=coat), u =e t dt= co aω) eω Példa: 2 in 3t3 co 5t 2 co at) et a in at) e t dt= v=inat), u =e t + 1 ) a at) et + in = 1 a2 2 L co at)]= 1 a2 L co at)] ha > 2 L co at)]= ha > 2 + a 2 co at) e t dt= a2 + L co at)] ha > 2 3 2 + 9 3 2 + 25 = 6 2 + 9 3 2 + 25 2.5. A hatványfüggvény Laplace-tranzformáltja Előzör vezeünk le egy a hatványfüggvény Laplace-tranzformáltjára vonatkozó rekurzív özefüggét n pozitív egéz zám): L t n ]= t n e t dt= v=t n, u =e t tn e t + n t n1 e t dt= = lim ωn e ω + )+ n ω L t n1] = n L t n1] Tudjuk, hogy L t ] = L 1]= 1, tehát L t]= 1 L 1]= 1 2, L t 2] = 2 L t]= 2 3, L t 3] = 3 L t 2] = 6 4, L t 4] = 4 L t 3] = 24 5, tb. Ebből arra a ejtére jutunk, hogy L t n ]= n! n+1. Ez telje indukcióval könnyen igazolható i, hizen: L t n+1] = n+1 L t n ]= n+1 n! n+1=n+1)!, n+2 tehát ha egy n termézete zámra helye a megejtett képlet, akkor helye n+1-re, azaz a következő termézete zámra i. Példa: t 3 3t 2 + 7t+9 3! 2! 1! 1 4 3 t3+ 7 t2+ 9 = 6 6 7 9 4 t 3+ t 2+

3. Néhány zámítái zabály 3.1. Exponenciáli függvénnyel zorzott függvény Laplace-tranzformáltja Tegyük fel, hogy imerjük az f függvény Laplace-tranzformáltját: f t) F ). Ekkor az f t) e at zorzat Laplace-tranzformáltja i könnyen felírható: Bizonyítá: f t) e at F a). L f t) e at] = f t) e at e t dt= f t) e a)t dt=f a) Példák: e 2t in 3t 3 2) 2 + 9 = 3 2 4+13 e t co 4t 1 1) 2 + 16 = 1 2 2+17 e 3t h 2t 2 3) 2 4 = 2 2 6+5 e 2t ch 2t +2 +2) 2 4 = +2 2 + 4 e 5t t 8 8! 5) 9

3.2. Hatványfüggvénnyel zorzott függvény Laplace-tranzfor máltja Tegyük fel, hogy imerjük az f függvény Laplace-tranzformáltját: f t) F ). Ekkor az f t) t n zorzat Laplace-tranzformáltja i meghatározható: f t) t n 1) n dn F ) d n. Bizonyítá: Előzör az n = 1 peciáli eetre bizonyítjuk az özefüggét. Induljunk ki a Laplace-tranzformáció definíciójából: f t) e t dt=f ) Deriváljuk ennek mindkét oldalá az változó zerint: t f t) e t dt= df ) d Ezt1-gyel zorozva a bizonyítani kívánt özefüggéhez jutunk: t f t) e t dt= df ) d Az általáno eet telje indukcióval bizonyítható. Tegyük fel, hogy n-re már igazoltuk az állítát. Ekkor n+1-re: L t n+1 f t) ] = L t t n f t) ] = d d L t n f t) ] = d d 1)n dn F ) d n = Tehát ha az állítá n-re igaz, akkor n+1-re i teljeül. Példa: t in 2t d 2 =2 2 d 2 + 4 2 + 4) = 4 2 2 + 4) 2 = 1) n+1 d n+1 F ) d n+1

3.3. Függvény integráljának Laplace-tranzformáltja Legyen f t) F ). Ekkor a g t)= F ). Bizonyítá: L g t) ] = t f x) dx et t v= f x) dx, u =e t dt= t f x) dx függvény laplace-tranzformáltja t = lim ω f x) dx ω ) e t f x) dx ) e ω + 1 + f t) e t dt= + F ) = F ) 3.4. Függvény deriváltjainak Laplace-tranzformáltja Ha f t) F )= f ), akkor f t) f ) f ). Bizonyítá: Imét parciáli integrálát alkalmazunk: L f t) ] = f t) e t dt= f t) e ] t + u = f t), v=e t Az f függvény máodik deriváltjának Laplace-tranzformáltja: f t) 2 f ) f ) f ) Bizonyítá: f t) e t dt= f )+ f ) L f t) ] = L f t) ] f )= f ) f ) ) f )= 2 f ) f ) f ) Az f függvény n-edik deriváltjának Laplace-tranzformáltja: f n) t) n f ) n1 f ) n2 f )... f n1) ) Bizonyítá: Telje indukcióval.) Az állítá n = 1-re é n = 2-re igaz. Tegyük fel, hogy n-re i igaz. Ekkor n+1-re: L f n+1) t) ] = L f n) t) ] f n) )= = n f ) n1 f ) n2 f )... f n1) ) ) f n) )= = n+1 f ) n f ) n1 f )... f n1) ) f n) ) Tehát ha az állítá igaz n-re, akkor n+1-re i igaz.

3.5. Eltolái tétel függvény Laplace- Legyen f t) F ). Ekkor a g t)= tranzformáltja L g t) ] = e a F ) { ha x<a f ta) ha x a Bizonyítá: a L g t) ] = g t) e t dt= dt+ f ta) e t dt= f ta) e t dt a a Alkalmazzunk u = t a helyetteítét: L g t) ] = f ta) e t dt= f u) e u+a) du=e a f u) e u du=e a F ) a 4. Inverz Laplace-tranzformáció Hogyan állítuk elő a generátorfüggvényt, ha adott a Laplace-tranzformáltja? Ha a Laplace-tranzformált valamilyen egyzerű racionáli törtfüggvény, akkor gyakran a Laplace-tranzformáció megfordítáával táblázat egítégével) célt érünk. Példák: 1 e8t 8 3 2 + 4 = 3 2 2 2 + 4 3 in 2t 2 2 1 4= 3 3! 1 4 3 t3 1 2 6+13 = 1 3) 2 + 4 = 3 3) 2 + 4 + 2 3) 2 + 4 e 3t co 2t+e 3t in 2t Ha a vizatranzformálandó kifejezé bonyolultabb racionáli tört, akkor előzör réztörtekre bontát alkalmazunk é a tagokat egyenként tranzformáljuk viza.