
ТФКП_1_2 / tfkp
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Логинов А.С. Лекции по ТФКП
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Пример 1. |
x''+a2 x = b sin at , начальные данные x(0) = x , x'(0) = x , |
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, поэтому |
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0 |
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1 |
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1 p2 |
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Согласно 5 из таблицы |
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÷ x0 cos at , |
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p2 + a2 |
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согласно 4 из таблицы |
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x1 |
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÷ x1 |
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sin at |
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p2 + a2 |
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согласно 6 из таблицы t sin at ÷ |
Im( p + ia)2 |
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= |
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2 pa |
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, отсюда, используя свойство |
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( p2 + a2 )2 |
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( p2 + a2 )2 |
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2a |
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интегрирования оригинала, получим ∫t sin atdt ÷ |
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, откуда |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||
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( p |
2 |
+ a |
2 |
) |
2 |
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0 |
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|||||
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ab |
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b |
t |
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b |
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÷ |
∫t sin atdt = |
|
(sin at − at cos at). Окончательно |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
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2 |
+ a |
2 |
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2 |
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2 |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||
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( p |
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) |
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2 |
0 |
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2a |
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b |
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sin at |
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b |
sin at |
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|
|
bt |
||||||||||||
|
x(t) = |
|
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|
(sin at − at cos at) + x cos at + x |
|
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= |
x |
+ |
|
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+ x |
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− |
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cos at |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||
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2a2 |
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0 |
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1 |
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a |
|
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1 |
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|
2a |
a |
|
0 |
|
2a |
Пример 2. x′′′+3x′′+3x′+x=1, нулевые начальные условия.
61

Логинов А.С. Лекции по ТФКП
(p+1)3X(p)=1/p, X ( p) = |
|
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1 |
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|
= |
1 |
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− |
|
1 |
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− |
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|
1 |
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− |
|
|
1 |
|
. Откуда |
||||||||||||||||||||||
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||
p( p + 1)3 |
p |
p + 1 |
|
( p + 1)2 |
( p + 1)3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x(t) = 1 − e−t − te−t − |
t 2 |
e−t |
|
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|||||||||||||
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|||||||||||||
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2 |
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||||
Пример 3. x′′′+x=1, нулевые начальные условия. |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
X ( p) = |
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1 |
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|
Оригинал находим по второй теореме Хевисайда |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
p( p3 + 1) |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x(t) = H (t)∑Re s |
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e pt |
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||||||||||
|
p( p |
3 |
+ 1) |
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||||||||||||||||
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k |
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||||||||||||
∑Re s = Re s |
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e pt |
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|
|
+ Re s |
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|
e pt |
|
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+ |
|
Re s |
|
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e pt |
+ |
|
Re s |
|
|
e pt |
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|||||||||||||||||||||||
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|
3 |
+1) |
|
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|
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3 |
+1) |
|
|
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|
|
|
3 |
+1) |
|
|
|
|
3 |
+1) |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
p( p |
p( p |
|
|
|
|
|
3 ) p( p |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
k |
0 |
|
|
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
0.5(1+i 3 ) p( p |
|
|
|
0.5(1−i |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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1 |
|
|
3 |
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||||
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|
|
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|
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|
+ |
|
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|
|
i t |
|
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|||
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|
−t |
|
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2 |
|
|
2 |
|
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|
|
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|
−t |
|
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|
|
t |
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|
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||||
|
|
e |
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|
e |
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|
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|
|
|
|
e |
|
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|
2 |
|
|
|
|
t |
3 |
|
|
|
|
|
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|
||||||||||||||
x(t) = 1 − |
|
|
+ 2 Re |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1 |
− |
|
|
− |
e |
2 |
cos |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
− 3 |
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 3. x′′′+x=1, нулевые начальные условия.
X ( p) = |
|
|
|
1 |
|
|
|
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
, z = |
1 |
(1 + i |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
p( p3 + 1)( p − z )( p − z |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
p( p3 + 1) |
|
2 |
) |
|
1 |
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По второй теореме Хевисайда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e pt |
|
|
|
|
e pt |
|
|
|
|
|
|
e pt |
|||||||
x(t) = H (t) Re s |
|
|
|
|
|
|
+ Re s |
|
|
|
|
|
+ Re s |
|
|
|
|
|
||||||||||
p( p |
3 |
|
|
|
p( p |
3 |
+ 1) |
|
p( p |
3 |
+ 1) |
|||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
+ 1) −1 |
|
|
|
|
z1 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
e |
−t |
|
|
|
|
|
e |
z1t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
= H (t) 1 |
− |
|
|
+ 2 Re |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
− 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
1 |
(1 − i |
|
|
||||
3), z |
2 |
3) |
||||||||
|
||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
+ Re s |
|
|
e pt |
|
= |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
p( p |
3 |
+ 1) |
||||||||
z 2 |
|
|
|
|
Пример 4. d 4 x + 2 d 2 x + x = sin t , нулевые условия. Используя 4 из таблицы, получим |
|
dt 4 |
dt 2 |
X ( p) = |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
. |
По второй теореме Хевисайда |
|
|
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|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
( p4 + 2 p2 + 1)( p2 + 1) |
( p2 + 1)3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
pt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
pt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
2 |
|
|
e |
pt |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
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|
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|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
x(t) = H (t) Re s |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
+ Re s |
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
= H (t)2 Re |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
= |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
( p |
|
+ |
1) |
|
|
+ 1) |
|
dp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−i ( p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( p + i) |
|
|
p =i |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
(3 − t |
3 |
|
|
|
− |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
H (t) |
|
|
) sin t |
|
|
|
t cos t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
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|
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||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
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|
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|
|
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|
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||||
|
Пример 5. x′′+ω2x=a[H(t)-H(t-b)], нулевые начальные условия. |
|
|
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|
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|
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|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
X ( p)( p2 + ω 2 ) = |
a |
|
− |
a |
e−bp , X ( p) = |
a(1 − e−bp ) |
|
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|
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|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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p( p2 + ω 2 ) |
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p |
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p |
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a |
= |
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a |
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÷ x(t) , по второй теореме Хевисайда |
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p( p2 + ω 2 ) |
p( p − iω )( p + iω ) |
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ae pt |
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ae pt |
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ae pt |
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x(t) = H (t) Re s |
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+ Re s |
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+ Re s |
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= |
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p( p |
2 |
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+ ω |
2 |
) |
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p( p |
2 |
+ |
ω |
2 |
) |
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2 |
+ |
ω |
2 |
) |
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0 |
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iω |
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−iω p( p |
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ae |
pt |
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ae |
pt |
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= H (t) |
a |
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+ |
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+ Re s |
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= |
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ω 2 |
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p( p + iω ) |
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−iω |
p( p − iω ) |
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p |
=iω |
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p = −iω |
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= H (t) |
a |
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+ |
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aeiωt |
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|
+ |
ae−iωt |
|
= H (t) |
a |
|
− |
|
a |
|
2 cosωt |
|
= H (t) |
|
2a |
sin 2 ωt |
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|
|
2 |
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iω 2iω |
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2 |
|
2 |
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|
2 |
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ω |
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iω 2iω |
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ω |
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2ω |
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ω |
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62
Логинов А.С. Лекции по ТФКП
Свойство запаздывания дает |
ae−bp |
÷ |
2a |
sin2 |
p( p2 + ω 2 ) |
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|||
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ω 2 |
Окончательно x(t) = |
2a |
sin 2 ωt |
H (t) − sin 2 ω (t − |
||
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|||||
ω |
2 |
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2 |
2 |
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Пример 7.
x′+ax=f(t), нулевые условия
X ( p) = |
F ( p) |
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p + a |
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||||||
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|||||
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1 |
÷ g(t) = e− at H (t) |
|||
F ( p) ÷ f (t)H (t), |
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||||||
p + a |
|||||||
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|
|
|
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||
|
1 |
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|
|
∞ |
||
F ( p) |
÷ ( f * g)(t) |
= ∫ f (τ )H (τ ) g(t − τ )dτ = |
|||||
|
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||||||
p + a |
|||||||
|
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−∞ |
|||
|
|
|
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|
|
t
= ∫ f (τ )e− a (t −τ )dτ
ω (t − b) H (t − b) 2
b) − H (t b)
∞
∫ f (τ )H (τ )e− a (t −τ ) H (t − τ )dτ =
−∞
0
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