Laplaceova transformacija

Σχετικά έγγραφα
INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

Funkcija gustoće neprekidne slučajne varijable ima dva bitna svojstva: 1. Nenegativnost: f(x) 0, x R, 2. Normiranost: f(x)dx = 1.

7 Algebarske jednadžbe

Riješeni zadaci: Limes funkcije. Neprekidnost

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

18. listopada listopada / 13

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

Operacije s matricama

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

2. Ako je funkcija f(x) parna onda se Fourierov red funkcije f(x) reducira na Fourierov kosinusni red. f(x) cos

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

Teorijske osnove informatike 1

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

π π ELEKTROTEHNIČKI ODJEL i) f (x) = x 3 x 2 x + 1, a = 1, b = 1;

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

Neka je a 3 x 3 + a 2 x 2 + a 1 x + a 0 = 0 algebarska jednadžba trećeg stupnja. Rješavanje ove jednadžbe sastoji se od nekoliko koraka.

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

Prikaz sustava u prostoru stanja

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

radni nerecenzirani materijal za predavanja

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

6 Polinomi Funkcija p : R R zadana formulom

Zadatak 2 Odrediti tačke grananja, Riemann-ovu površ, opisati sve grane funkcije f(z) = z 3 z 4 i objasniti prelazak sa jedne na drugu granu.

1.4 Tangenta i normala

( x) ( ) ( ) ( x) ( ) ( x) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

Zavrxni ispit iz Matematiqke analize 1

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

( , treći kolokvij) 3. Na dite lokalne ekstreme funkcije z = x 4 + y 4 2x 2 + 2y 2 3. (20 bodova)

2. KOLOKVIJ IZ MATEMATIKE 1

5. Karakteristične funkcije

Numerička matematika 2. kolokvij (1. srpnja 2009.)

Elementi spektralne teorije matrica

( ) ( ) 2 UNIVERZITET U ZENICI POLITEHNIČKI FAKULTET. Zadaci za pripremu polaganja kvalifikacionog ispita iz Matematike. 1. Riješiti jednačine: 4

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

Strukture podataka i algoritmi 1. kolokvij 16. studenog Zadatak 1

IZVODI ZADACI (I deo)

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

f : C C f(z) = w = f(x + iy) = u(x, y) + iv(x, y), u, v : R 2 R, u(x, y) = Rew, v(x, y) = Imw

MATRICE I DETERMINANTE - formule i zadaci - (Matrice i determinante) 1 / 15

9. GRANIČNA VRIJEDNOST I NEPREKIDNOST FUNKCIJE GRANIČNA VRIJEDNOST ILI LIMES FUNKCIJE

Dijagonalizacija operatora

4.1 Elementarne funkcije

MATEMATIKA Pokažite da za konjugiranje (a + bi = a bi) vrijedi. a) z=z b) z 1 z 2 = z 1 z 2 c) z 1 ± z 2 = z 1 ± z 2 d) z z= z 2

Signali i sustavi Zadaci za vježbu. III. tjedan

III VEŽBA: FURIJEOVI REDOVI

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

1 Promjena baze vektora

APROKSIMACIJA FUNKCIJA

Apsolutno neprekidne raspodele Raspodele apsolutno neprekidnih sluqajnih promenljivih nazivaju se apsolutno neprekidnim raspodelama.

Zadaci sa prethodnih prijemnih ispita iz matematike na Beogradskom univerzitetu

Ispit održan dana i tačka A ( 3,3, 4 ) x x + 1

DRUGI KOLOKVIJUM IZ MATEMATIKE 9x + 6y + z = 1 4x 2y + z = 1 x + 2y + 3z = 2. je neprekidna za a =

Determinante. a11 a. a 21 a 22. Definicija 1. (Determinanta prvog reda) Determinanta matrice A = [a] je broj a.

PRIMJER 3. MATLAB filtdemo

Kaskadna kompenzacija SAU

Matematička analiza III

( , 2. kolokvij)

1. zadatak , 3 Dakle, sva kompleksna re{ewa date jedna~ine su x 1 = x 2 = 1 (dvostruko re{ewe), x 3 = 1 + i

4 INTEGRALI Neodredeni integral Integriranje supstitucijom Parcijalna integracija Odredeni integral i

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

1 Pojam funkcije. f(x)

Integrali Materijali za nastavu iz Matematike 1

Signali i sustavi - Zadaci za vježbu II. tjedan

Više dokaza jedne poznate trigonometrijske nejednakosti u trokutu

2.7 Primjene odredenih integrala

Funkcije Sadržaj: Pojam funkcije, svojstva, operacija s funkcijama, zadavanje funkcije Pregled osnovnih elementarnih funkcija: Polinomi Racionalne

PRAVA. Prava je u prostoru određena jednom svojom tačkom i vektorom paralelnim sa tom pravom ( vektor paralelnosti).

KVADRATNA FUNKCIJA. Kvadratna funkcija je oblika: Kriva u ravni koja predstavlja grafik funkcije y = ax + bx + c. je parabola.

Zadaci iz trigonometrije za seminar

Predavanje osmo: Uvod u diferencijalni račun

MJERA I INTEGRAL 2. kolokvij 30. lipnja (Knjige, bilježnice, dodatni papiri i kalkulatori nisu dozvoljeni!)

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

1 / 79 MATEMATIČKA ANALIZA II REDOVI

ELEMENTARNE FUNKCIJE dr Jelena Manojlović Prirodno-matematički fakultet, Niš

Uvod u teoriju brojeva

Derivacija funkcije Materijali za nastavu iz Matematike 1

3 Populacija i uzorak

f(x) = a x, 0<a<1 (funkcija strogo pada)

Pismeni ispit iz matematike GRUPA A 1. Napisati u trigonometrijskom i eksponencijalnom obliku kompleksni broj, zatim naći 4 z.

5. poglavlje (korigirano) DERIVACIJA FUNKCIJA

1 Aksiomatska definicija skupa realnih brojeva

Jednodimenzionalne slučajne promenljive

Ĉetverokut - DOMAĆA ZADAĆA. Nakon odgledanih videa trebali biste biti u stanju samostalno riješiti sljedeće zadatke.

MATEMATIKA 2. Grupa 1 Rexea zadataka. Prvi pismeni kolokvijum, Dragan ori

4. poglavlje (korigirano) LIMESI FUNKCIJA

Trigonometrijske nejednačine

Transcript:

Laplaceova transformacija Laplaceova transformacija je integralna transformacija s brojnim primjenama u matematici, fizici, elektrotehnici, teoriji vjerojatnosti i drugdje. Koristi se za rješavanje diferencijalnih i integralnih jednadžbi te analizu električkih krugova, oscilatora, optičkih naprava ili mehaničkih sustava. S pomoću Laplaceove transformacije veličine koje su funkcije vremena t preslikavaju se u nove veličine koje su funkcije kompleksne varijable p, čime se se polaznoj funkciji f(t) pridružuje odgovarajuća funkcija F (p) kao njena slika. Zadatak se iz realnog područja (t-domena) prenosi u matematički izvedeno Laplaceovo područje (p-domena). Pri tome, operacijama deriviranja i integriranja izvršenim nad originalnim funkcijama odgovaraju neke jednostavnije, algebarske operacije nad transformiranim funkcijama. Na taj način Laplaceova transformacija znatno pojednostavljuje analizu sustava. Mi ćemo Laplaceovu transformaciju koristiti kao alat za rješavanje linearnih diferencijalnih jednadžbi sa zadanim početnim uvjetima, pa ćemo upoznati samo njezinu definiciju i neka najosnovnija svojstva. Definicija Laplaceove transformacije Neka je f neprekidna funkcija realnog argumenta t, definirana za t >, i s vrijednostima u skupu realnih ili kompleksnih brojeva. Neka je p realni ili kompleksni parametar. Laplaceov transformat funkcije f je funkcija F definirana s ako ovaj integral konvergira. F (p) = e pt f(t)dt, Funkciju f nazivamo originalom ili gornjom funkcijom, a funkciju F slikom ili donjom funkcijom. Da bismo olakšali zapisivanje i razumijevanje veza izmedu funkcija i njihovih slika, originale ćemo označavati malim slovima, a njihove slike velikim slovima. Takoder, argument originala ćemo sustavno označavati s t, a argument njihovih slika s p. Pridruživanje f F nazivamo Laplaceovom transformacijom i označavamo ga s L.

Dakle, ili jednostavnije L {f(t)} = F (p), f(t) F (p). Obratnu vezu, koja slici pridružuje original, nazivamo inverznom Laplaceovom transformacijom i označavamo s L : L {F (p)} = f(t), ili jednostavnije F (p) f(t). Cilj transformacije je transformirati funkciju f(t) u funkciju F (p) realne ili kompleksne varijable na način da iz transformata možemo kasnije ponovo dobiti original. Laplaceov integral je nepravi integral, e pt f(t)dt = M lim M e pt f(t)dt. Čak i za jednostavnije originale, računanje Laplaceovih transformata je neugodan posao. Srećom, imamo tablicu Laplaceovih transformata koju ćemo koristiti zajedno s pravilima preslikavanja za rješavanje linearnih diferencijalnih jednadžbi drugog reda s konstantnim koeficijentima. 2

f(t) - original t n, t n N t F(p) - slika p p 2 n! p n+, n N π p e at p + a te at (p + a) 2 sin at cos at t sin at t cos at e at sin bt e at cos bt a p 2 + a p 2 p 2 + a 2 2ap (p 2 + a 2 ) 2 p 2 a 2 (p 2 + a 2 ) 2 b (p + a) 2 + b 2 p + a (p + a) 2 + b 2 Tablica : Tablica osnovnih Laplaceovih transformata 2 Osnovna svojstva Laplaceove transformacije. Linearnost L {C f (t) + C 2 f 2 (t)} = C L {f (t)} + C 2 L {f 2 (t)}, C, C 2 R Kažemo da je Laplaceova transformacija linearno preslikavanje. 2. Pomak u slici ili p-pomak Ovo svojstvo Laplaceove transformacije nazivamo još i teoremom o prigušenju. Funkciju e at f(t) nazivamo prigušenjem funkcije f, za bilo kakav realan broj a (naziv prigušenje sugerira da je a pozitivan broj, jer samo tada se radi o pravom prigušenju, ali svojstvo vrijedi za svaki broj a, realan ili kompleksan). Laplaceova transformacija djeluje na prigušenje funkcije na sljedeći način: L { e at f(t) } = F (p + a), a R, gdje je F Laplaceov transformat funkcije f. Drugim riječima, prigušenju originala odgovara pomak slike ulijevo. e at f(t) F (p + a) 3

3. Pomak u originalu ili t-pomak Ovo svojstvo Laplaceove transformacije nazivamo još i teoremom o pomaku. Original je funkcija f sa svojstvom f(t) = za t <. To svojstvo kod funkcija zadanih konkretnim formulama postižemo množenjem s Heavisideovom step funkcijom S(t). To je funkcija S : R R zadana s {, t, S(t) =, t <. Laplaceov transformat step funkcije je L {S(t)} = Slika : Graf step funkcije e pt dt = e pt p = p. p > Ako želimo pomaknuti step funkciju za neku realnu vrijednost a, zapisujemo je u obliku {, t a S(t a) =, t < a Slika 2: Graf pomaknute Step funkcije Izraz f(t a)s(t a) predstavlja funkciju f(t) pomaknutu udesno za vrijednost a. f(t a)s(t a) = { f(t a), t a, t < a Laplaceova transformacija djeluje na pomaknutu funkciju na sljedeći način: L {f(t a)s(t a)} = e ap F (p), a >, 4

Slika 3: Graf funkcije cos(t a)s(t a) gdje je F Laplaceov transformat funkcije f. Drugim riječima, pomaku originala udesno odgovara prigušenje slike. f(t a)s(t a) e ap F (p) 4. Deriviranje originala Neka je funkcija f(t) dva puta derivabilna. Laplaceova transformacija djeluje na prve dvije derivacije funkcije f na sljedeći način: L { f (t) } = pf (p) f(), L { f (t) } = p 2 F (p) pf() f (). 3 Inverzna Laplaceova transformacija S pomoću inverzne Laplaceove transformacije računat ćemo original funkcije ako je poznata njezina slika (transformat), tj. f(t) = L {F (p)}. U jednostavnijom slučajevima za to će nam trebati samo tablica Laplaceovih transformata i poznavanje svojstava Laplaceove transformacije. U složenijim slučajevima trebat će nam i poznavanje rastava racionalnih funkcija na parcijalne razlomke, te nadopuna izraza do potpunog kvadrata. Napomena. Ne postoje dvije različite funkcije (originala) koje imaju jednaku sliku. 4 Gate funkcija i Diracova delta funkcija Gate funkcija g [a,b] je definirana s g [a,b] (t) = {, a t b,, inače. To je funkcija koja se poništava izvan intervala [a, b], a na njemu ima konstantnu vrijednost. 5

Slika 4: Gate funkcija Gate funkcija se može zapisati u obliku g [a,b] = S(t a) S(t b), < a < b. Zato je njezin transformat g [a,b] e pa p e pb p. Množenjem funkcije f s gate funkcijom dobiva se funkcija koja se podudara s funkcijom f na intervalu [a, b], a van tog intervala jednaka je nuli. Diracova delta funkcija je objekt koji se definira na sljedeći način δ(x) = {, t, t =, δ(t)dt =. Ovakva funkcija u stvarnosti ne postoji, ali je možemo promatrati kao impuls kratkog trajanja i velikog (beskonačnog) intenziteta. Za ovu funkciju vrijedi da je S (t) = δ(t) odnosno t δ(t)dt = S(t), što znači da je Diracova delta funkcija zapravo derivacija step funkcije. Ako promatramo ovu funkciju u Laplaceovoj domeni, vrijedi L {δ(t)} =, L {δ(t a)} = e ap. 6