- •Учебно-методическое пособие к решению типовых расчетных заданий
- •Введение
- •1. Преобразование Лапласа и его свойства
- •1. Свойство линейности.
- •4. Теорема смещения изображения.
- •5. Дифференцирование оригинала.
- •2. Нахождение изображения функций. Примеры
- •3. Нахождение оригинала по известному изображению. Примеры
- •4. Решение линейных дифференциальных уравнений и их систем методом операционного исчисления. Примеры
- •5. Применение операционного исчисления к решению интегральных и интегро-дифференциальных уравнений. Примеры
- •6. Индивидуальные задания
- •Оглавление
- •Учебное издание Гладун Кирилл Кириллович операционное исчисление и его приложения
1. Свойство линейности.
Если
,
,
то для любых чисел α
и β
справедливо
соотношение
,
т.е. линейной комбинации оригиналов соответствует линейная комбинация изображений и обратно.
2. Теорема подобия (изменения масштаба аргумента оригинала).
Если
α>0
и
,
то
,
т.е. умножение аргумента оригинала на положительное число α приводит к делению изображения и его аргумента на это число.
Рассмотрим
оригинал f(t),
t
0.
Функция
где
- положительное число, имеет график,
который получается из графика f(t)
сдвигом последнего вправо на величину
вдоль оси t.
Таким образом, если функция f(t)
определяет течение во времени некоторого
физического процесса, то функция
определяет тот же процесс, но начавшийся
с опозданием .
Если ввести в рассмотрение единичную
функцию

то
запаздывающую функцию
можно записать
,
так как
при t<
(в этом случае аргумент отрицательный)
и 1 при t>
. Спрашивается, как, зная изображение
некоторого оригинала, найти изображение
этого оригинала, в случае, когда его
аргумент запаздывает на .
Ответ на этот вопрос дает следующая
теорема.
3. Теорема запаздывания оригинала.
Если
,
то для любого
> 0
,
т.
е. запаздыванию оригинала на
единиц соответствует домножение
изображения на множитель
.
Замечание.
Применяя совместно теоремы подобия и
запаздывания, можно найти
изображение для оригинала вида
,
где
> 0,
- любое число:
.
4. Теорема смещения изображения.
Пусть f(t)F(p). Тогда для любого p0 справедливо
,
т. е. затуханию оригинала с показателем р0 соответствует смещение изображения на р0 .
5. Дифференцирование оригинала.
Если f(t)F(p) и функции f '(t) и f ''(t) являются оригиналами, то
;
;
в
частности, если
,
то
,
т. е. дифференцированию оригинала при нулевых начальных условиях соответствует умножение изображения на р в степени, равной порядку производной.
6. Дифференцирование изображения.
Если
,
то
,
т. е. дифференцированию изображения F(р) соответствует операция умножения оригинала на (-t) в степени, равной порядку производной.
7. Интегрирование оригинала.
Интегрирование оригинала сводится к делению изображения на р, то есть если f(t)F(р), то
.
8. Интегрирование изображения.
Если
f(t)F(р)
и
- оригинал, то
,
т. е. интегрированию изображения F(р) соответствует операция деления на t оригинала f(t).
9. Теорема умножения.
Произведение изображений F(р) и Ф(р) также является изображением, причем
,
где интеграл в правой части называется сверткой функций f(t) и (t) и обозначается символом (f *) .
Значит, эта теорема утверждает, что умножение изображений равносильно свертыванию соответствующих оригиналов:
*
.
10. Изображение периодического оригинала.
Если оригинал f(t) - периодическая функция с периодом Т, то ее изображение будет
.
11. Теорема Дюамеля.
Если
функции f(t)
и (t)
имеют непрерывные производные на
и f(t)F(р),
(t)Ф(р),
то
,
что равносильно следующим соотношениям:
,
или
.
Все рассмотренные правила (свойства) сведем в общую таблицу (табл.1).
Таблица 1 – Правила преобразования Лапласа
|
№ |
Наименование правила |
Оригинал |
Изображение |
|
1. |
Свойство линейности |
|
|
|
2. |
Теорема подобия |
|
|
|
3. |
Теорема запаздывания оригинала |
|
|
|
4. |
Теорема смещения изображения |
|
|
|
5. |
Дифферен- цирование оригинала |
|
|
|
6. |
Дифферен-цирование изображения |
|
|
|
7. |
Интегриро- вание оригинала |
|
|
|
8. |
Интегри-рование изображения |
|
|
|
9. |
Теорема умножения |
|
|
|
10. |
Изображение периодичес-кого оригинала |
|
|
|
11. |
Теорема Дюамеля |
|
|
|
Интеграл Дюамеля |
|
