Outline. La trasformata di Laplace. (Metodi Matematici e Calcolo per Ingegneria) Enrico Bertolazzi

Documenti analoghi
La trasformata di Laplace

La trasformata Z. (Metodi Matematici e Calcolo per Ingegneria) Enrico Bertolazzi. DIMS Università di Trento. anno accademico 2008/2009

TRASFORMATE DI LAPLACE

27 DERIVATE DI ORDINI SUCCESSIVI

Nome: Nr. Mat. Firma:

Corso di Fondamenti di Telecomunicazioni

Esercizio 1 [punti 4] Si tracci il grafico dei segnali a. x 1 (t) = x( t + 2), t R, b. x 2 (t) = x( t 1), t R, sapendo che x(t) =

Interruttore ideale. + v(t) i(t) t = t 0. i(t) = 0 v(t) = 0. i(t) v(t) v(t) = 0 i(t) = 0. Per t > t 0. interruttore di chiusura

Equazioni Differenziali (5)

Ci domandiamo allora se e sempre possibile rappresentare una funzione in questo modo.

CM89sett.tex COMPLEMENTI DI MATEMATICA a.a Laurea magistrale in Ingegneria Elettrotecnica

Regime di capitalizzazione: una famiglia di funzioni fattore di montante che dipende da uno o più parametri.

intervalli di tempo. Esempio di sistema oscillante: Fig. 1 Massa m che può traslare in una sola direzione x, legata ad una molla di rigidezza k.

Teoria dei Segnali. La Convoluzione (esercizi) parte prima

2zdz (z 2 + 1)(2z 2 5z + 2)

( x) Soluzione. Si consideri la figura sottostante, che rappresenta la questione geometrica:

Geometria analitica del piano pag 7 Adolfo Scimone. Rette in posizioni particolari rispetto al sistema di riferimento

sedimentazione Approfondimenti matematici

Tratto dal Corso di Telecomunicazioni Vol. I Ettore Panella Giuseppe Spalierno Edizioni Cupido. lim. 1 t 1 T

ESERCIZI di TEORIA dei SEGNALI. La Correlazione

Esercizi di Teoria dei Segnali. La Trasformata di Fourier

[8.1] [8.1,a] Nel caso di uno spostamento angolare (moto di un pendolo) ξ = (coordinata angolare) [8.1.b]

SISTEMI LINEARI TEMPO INVARIANTI. Fondamenti Segnali e Trasmissione

Sistemi Lineari e Tempo-Invarianti (SLI) Risposta impulsiva e al gradino

UNITA 3. LE EQUAZIONI GONIOMETRICHE.

4 appartengono alla traiettoria di γ. 1, C = 2. ( v) Determinare in quali punti il piano normale alla curva è parallelo all asse z. π cos π 2.

UNITA 3. LE EQUAZIONI GONIOMETRICHE.

Reti nel dominio delle frequenze. Lezione 10 2

PROVA SCRITTA DI AUTOMATICA I (Prof. Bittanti, BIO A-K) 25 Settembre 2006 Cognome Nome Matricola. y=x 2 =i L

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DELLA CALABRIA CORSI DI LAUREA IN INGEGNERIA. - Seconda prova scritta di ANALISI MATEMATICA 1 - APPELLO DEL 9 settembre 2013

RISPOSTA IN FREQUENZA DEI SISTEMI LINEARI TEMPO INVARIANTI

1 Appendice matematica: Il modello a generazioni sovrapposte di Blanchard (1985) 1

Capitolo 5 - I sistemi lineari

Teoria dei Segnali. La Convoluzione (esercizi) parte seconda

Calcolo di integrali - svolgimento degli esercizi

SISTEMI LINEARI TEMPO INVARIANTI

Soluzione degli esercizi del Capitolo 3

Meccanica Introduzione

Osservatore asintotico dello stato

Volume FISICA. Elementi di teoria ed applicazioni. Fisica 1

Esempi di progetto di alimentatori

Test scritto di Matematica I Pisa, 18 Gennaio 2002

SISTEMI LINEARI TEMPO INVARIANTI

NUMERI COMPLESSI. = 2 + 5i A3) Calcolare in forma trigonometrica le soluzioni complesse dell equazione iz 4 9 = 0

1), punti (7.5) Sia data la funzione f(x) =

1 Richiami di Matematica Finanziaria classica

Soluzioni del compito di Istituzioni di Matematiche/Matematica per Chimica F45 e F5X (23/2/10)

Perturbazioni Dipendenti dal tempo

Moto di un corpo. Descrizione del moto. Moto in 2 dimensioni. È un moto in 1 Dimensione

Calcolo numerico e ODE. Integrazione Numerica. Calcolo numerico Integrazione numerica Derivazione numerica. Equazioni differenziali.

Il modello di crescita deriva dalla logica del tasso di interesse semplice

COME RISOLVERE GLI ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA 2

Analisi e Geometria 1

Trasmissione in banda base: interferenza intersimbolica

Circuiti dinamici. Circuiti del primo ordine. (versione del ) Circuiti del primo ordine

25.2. Osservazione. Siccome F(x, y, z) = 0 è un equazione e non un identità, una superficie non contiene tutti gli 3 punti dello spazio.

Diario del corso di Analisi Matematica 1 (a.a. 2016/17)

Esercizi di Analisi Matematica Equazioni differenziali

DEFINIZIONE E CLASSIFICAZIONE DEI SEGNALI

UNITA 4. LE DISEQUAZIONI GONIOMETRICHE.

Outline. Inversione della trasformata di Laplace. Formula di Bromwich-Mellin o di Riemann-Fourier. Teorema (Inversione della trasformata)

Basi di Elettronica (1 parte)

SISTEMI LINEARI TEMPO INVARIANTI

SERIE NUMERICHE FAUSTO FERRARI

Università di Napoli Parthenope Facoltà di Ingegneria

Anno 4 Equazioni goniometriche lineari e omogenee

( ) I METODI DI INTEGRAZIONE. f x da integrare nella somma di più. x,..., f n x che si sappiano già integrare. Ne segue che:

Diagramma Ferro-Carbonio

Fisica Generale A. Dinamica del punto materiale. Scuola di Ingegneria e Architettura UNIBO Cesena Anno Accademico Maurizio Piccinini

Lavorazioni per asportazione di truciolo: usura utensile. Tecnologia Meccanica 1

Lezione n.7. Variabili di stato

Riassunto di Meccanica

Esercizi di Analisi Reale

Regime lentamente. variabile. Corso di. Teoria dei Circuiti. Corso di. Università degli Studi di Pavia. Facoltà di Ingegneria

Il candidato risolva uno dei due problemi e risponda a 5 quesiti del questionario

METODI DECISIONALI PER L'AZIENDA. Dott. Lotti Nevio

Compito di Analisi Matematica III. Compito A

ESERCIZI DI MATEMATICA APPLICATA

Equazioni differenziali ordinarie (ODE) lineari del secondo ordine a coefficienti costanti

Esercizi sulle trasformate di Fourier

Analisi delle serie storiche parte IV Metodi di regressione

Calcolo degli integrali indefiniti

SERIE NUMERICHE FAUSTO FERRARI

I confronti alla base della conoscenza

Il circuito RC Misure e Simulazione

PREMESSA In questa lezione verranno esposte le regole per l analisi dei sistemi continui con il metodo della Trasformata di Laplace.

Stabilità e retroazione

3) Enunciare e dimostrare le regole di trasformazione algebriche e analitiche della trasformata di Fourier.

Analisi Matematica II Integrali curvilinei (svolgimenti) 1 t 9t dt (a) = dt t 1 t 2 = 1 2. x dx (b) log y 1. dy.

04 - Numeri Complessi

Soluzione. Le componenti del gradiente sono le derivate parziali della funzione: cos y 0 (x 0, y 0 ) domf =R 2. sin y 0 (x x 0 ) + e x 0

10 ESERCITAZIONE. Esercizi svolti: Capitolo 15 Curva di Phillips Esercizio 2. Capitolo 16 Disinflazione, disoccupazione e crescita Esercizio 3

C2. Introduzione alla cinematica del moto in una dimensione

Alcuni esercizi sulle equazioni di erenziali

Elettrotecnica. Regime lentamente variabile. Corso di. Teoria dei Circuiti. Università degli Studi di Pavia. Dipartimento di Ingegneria Elettrica

A Nome:... Cognome:... Matricola:...

Matematica II. Risolvere o integrare una e.d. significa trovarne tutte le soluzione, che costituiscono il cosidetto integrale generale.

P suolo in P; 2. la distanza d, dall uscita dello

TRASFORMATA DI LAPLACE

La risposta di un sistema lineare viscoso a un grado di libertà sollecitato da carichi periodici. Prof. Adolfo Santini - Dinamica delle Strutture 1

Transcript:

Ouline La rasformaa di Laplace La rasformaa di Laplace (Meodi Maemaici e Calcolo per Ingegneria) Enrico Berolazzi DIMS Universià di reno anno accademico 28/29 (aggiornaa al 2/9/28) 2 Proprieà della rasformaa 3 Calcolo di alcune rasformae rasformaa della crescia polinomiale k u() rasformaa della crescia esponenziale a b u() rasformazione delle derivae e inegrali 4 Alre proprieà della rasformaa di Laplace Valori asinoici 5 abella delle rasformae 6 Esercizi sulle rasformae La rasformaa di Laplace / 3 La rasformaa di Laplace La rasformaa di Laplace 2 / 3 La rasformaa di Laplace La rasformaa di Laplace Definizione f() f(s) L {f()} (s) f(s) f()e s d ɛ + M + Uilià: rasforma M f()e s d ɛ Equazioni differenziali Equazioni algebriche Pierre-Simon Laplace, 749-827 La rasformaa di Laplace 3 / 3 Analogia con il logarimo: a log a a b log a + log b cioè il logarimo rasforma i prodoi in somme che sono più facili da maneggiare. La rasformaa di Laplace 4 / 3

La rasformaa di Laplace Uso della rasformaa di Laplace per risolvere ODE Proprieà della rasformaa Proprieà della rasformaa Linearià, raslazione, Cambio di scala Equazione Differenziale rasformaa di Laplace Equazione algebrica abella Linearià a f() + b g() a f(s) + b ĝ(s) ecniche Analiiche (variazione delle cosani,...) ecniche Algebriche (sisemi lineari,frai semplici,...) Cambio di scala f(a) a f ( s ) a 2 raslazione in s e a f() f(s a) 3 Risposa nel empo Ani-rasformaa di Laplace Risposa in frequenza raslazione in f( a) e as f(s) 4 a e b sono numeri reali. Inolre a > nei puni 2 e 4. La rasformaa di Laplace 5 / 3 La rasformaa di Laplace 6 / 3 Proprieà della rasformaa Linearià e Cambio di scala Proprieà della rasformaa raslazione L {af() + bg()} (s) (af() + bg())e s d a f()e s d + b g()e s d a f(s) + b ĝ(s) f(a)e s d [ z/a, a > ] L {f(a)} (s) sz/a dz f(z)e a a f ( s a) L { e a f() } (s) e a f()e s d f()e (a s) d f(s a) f( a)e s dz [ a z] L {f( a)} (s) f(z)e s(z+a) dz [f(z) per z ] a e sa f(z)e sz dz as e f(s) La rasformaa di Laplace 7 / 3 La rasformaa di Laplace 8 / 3

Proprieà della rasformaa Funzioni rasformabili (/3) Non ue le funzioni sono rasformabili, ad esempio { L e 2} (s) e 2 s d e ( s) d + e ( s) d per ogni valore di s scegliendo > Re (s) si ha che e ( s) d non è convergene e quindi la funzione non è rasformabile per nessun valore di s. Proprieà della rasformaa Funzioni rasformabili (2/3) Se f() è coninua con ie di crescia: f() Me N per allora è Laplace-rasformabile: L {f} (s) f()e s d + f()e s d Infai f()e s + d f()e s d Me N e s d Me N e Re(s) d M e (N Re(s)) d ed per Re (s) > N si ha che e (N Re(s)) d + La rasformaa di Laplace 9 / 3 Proprieà della rasformaa Funzioni rasformabili (3/3) Definizione (Funzioni generalmene coninue) f() è generalmene coninua se per ogni inervallo [, ] è disconinua al più in un numero finio di puni la funzione è iaa Definizione () f() è di ordine esponenziale se è generalmene coninua con ie di crescia: f() Me N per Da ora in poi se non specificamene indicao assumiamo che le funzioni considerae siano di ordine esponenziale e con derivae generalmene coninue fino all ordine che a serve. La rasformaa di Laplace / 3 Proprieà della rasformaa eorema () Sia f() di ordine esponenziale allora vale: f(s), s s R Derivazione: Assumendo s reale f(s) f()e s d f() e s d M e (N s) d M s N ma M s + s N La rasformaa di Laplace / 3 La rasformaa di Laplace 2 / 3

Calcolo di alcune rasformae rasformaa della crescia polinomiale ed esponenziale rasformaa della crescia polinomiale ed esponenziale Funzione di Heaviside { se < ; u() se. Crescia lineare { se < ; + u() se. Crescia polinomale { se < ; k + k u() k se. Crescia esponenziale { se < ; v() a b u() a b se. La rasformaa di Laplace 3 / 3 Calcolo di alcune rasformae abella 2 s rasformaa della crescia polinomiale ed esponenziale 5 s 2 6 k k! s k+ 7 a b s b log a Aenzione, le funzioni a sinisra delle rasformae devono inendersi uguali a per <, cioè f() f(s) in realà è u()f() f(s) dove u() è la funzione di Heaviside. La rasformaa di Laplace 4 / 3 8 Calcolo di alcune rasformae rasformaa della funzione di Heaviside u() Calcolo di alcune rasformae rasformaa della crescia lineare u() Definizione della funzione di crescia lineare Definizione della funzione di Heaviside { se < ; u() se. rasformaa (assumendo Re (s) > ): L {u} (s) û(s) u()e s d e s d [ s ] + e s s + u() rasformaa (assumendo Re (s) > ): L {+} (s) +(s) u()e s d e s d [ s ] + e s + e s d s + [ s ] + s e s s 2 La rasformaa di Laplace 5 / 3 La rasformaa di Laplace 6 / 3

Calcolo di alcune rasformae rasformaa della crescia polinomiale k u() Calcolo di alcune rasformae rasformaa della crescia esponenziale a b u() Definizione della funzione di crescia polinomale k + k u() rasformaa (assumendo Re (s) > ): { } L k + (s) k + (s) k u()e s d k e s d [ ks ]+ e s + k k e s d s + k k + s (s) Usando l induzione e enendo cono che +(s) si ha s2 k k! + (s) s k+ La rasformaa di Laplace 7 / 3 Calcolo di alcune rasformae rasformazione delle derivae e inegrali rasformazione della derivaa prima (/2) Definizione della funzione di crescia esponenziale v() a b u() rasformaa (assumendo Re (s) > b log a): { L a b} (s) a b u()e s d a b e s d e b log a e s d e (b log a s) d [ ] + log a s) e(b (b log a s) s b log a La rasformaa di Laplace 8 / 3 Calcolo di alcune rasformae rasformazione delle derivae e inegrali rasformazione delle derivaa prima (2/2) eorema (Laplace rasformaa della derivaa prima) Sia f() di ordine esponenziale con derivaa generalmene coninua. Allora la rasformaa della derivaa prima divena: L { f () } (s) s f(s) f( + ) (assumiamo che f() per ) Derivazione: Sia Re (s) > e > : f ()e s d [ f()e s] + + s f()e s d f()e s + s f()e s d da cui abbiamo [ f ()e s d f ()e s d + ɛ ɛ [ f()e s + s f( + ) + s f()e s d + ] f ()e s d ] f()e s d + poiché f() per abbiamo ɛ f()e s d e quindi L { f () } (s) f( + ) + s f()e s d. La rasformaa di Laplace 9 / 3 La rasformaa di Laplace 2 / 3

Calcolo di alcune rasformae rasformazione della derivaa k-esima rasformazione delle derivae e inegrali Calcolo di alcune rasformae rasformazione dell inegrale rasformazione delle derivae e inegrali eorema (Laplace rasformaa della derivaa k-esima) Sia f() con le sue derivae fino alla k esima di ordine esponenziale e la derivaa k esima generalmene coninua. Allora la rasformaa della derivaa k-esima divena: { } k L f (k) () (s) s k f(s) s i f (k i ) ( + ). (assumiamo che f() per ) Derivazione: La derivazione è del uo analoga alla derivazione per la derivaa prima applicando k vole l inegrazione per pari. i eorema (Laplace rasformaa dell inegrale) Sia f() generalmene coninua, e g() definia come segue g() f(z) dz la rasformaa L {g()} (s) ĝ(s) divena: ĝ(s) s f(s). Derivazione: Basa applicare la regola di derivazione per la funzione g() e osservare che g () f() e g(). La rasformaa di Laplace 2 / 3 Alre proprieà della rasformaa di Laplace Valori iniziali e finali eorema (eorema del valore iniziale) Sia f() di ordine esponenziale con derivaa generalmene coninua allora vale: f( + ) s f(s) s + s R Derivazione: Dal eorema applicao a f () abbiamo s + L { f () } (s) s + s f(s) f( + ) Valori asinoici La rasformaa di Laplace 22 / 3 Alre proprieà della rasformaa di Laplace eorema (eorema del valore finale) Sia f() di ordine esponenziale con derivaa generalmene coninua se esise il ie f(+ ) + f() allora vale: f(+ ) s s f(s) s R Derivazione: Applicao la regola di rasformazione di f () abbiamo s + L {f ()} (s) s + L {f ()} (s) s f(s) f( + ) s + s + f ()e s d f () d f(+ ) f( + ) f () s + e s d Il passaggio del ie soo il segno di inegrale si può fare per il eorema della convergenza dominaa di Lebesgue. Valori asinoici La rasformaa di Laplace 23 / 3 La rasformaa di Laplace 24 / 3

Alre proprieà della rasformaa di Laplace Valori asinoici Alre proprieà della rasformaa di Laplace Funzioni periodiche e convoluzione Moliplicazione per n L { n f()} (s) ( ) n dn ds n f(s) Divisione per. Sia g() f() allora per la formula precedene che può essere scrio come: L L {g()} (s) d L {f()} (s) ds { d ds L g() } (s) ĝ(s) o meglio { } g() (s) ĝ(s) ds + C ĥ(s) La cosane complessa C va scela in modo che ĥ(s) soddisfi i eoremi del valore iniziale e finale. Ovviamene + g()/ deve esisere ed essere finio. La rasformaa di Laplace 25 / 3 eorema (raformazione di funzioni periodiche) Sia f( + ) f() per > allora vale L {f()} (s) f()e s d e s eorema (raformazione del prodoo di convoluzione) Sia (f g)() definia come segue: (f g)() f(z)g( z) dz allora vale L {f g} (s) f(s) ĝ(s) La rasformaa di Laplace 26 / 3 abella delle rasformae rasformae di derivae e inegrali abella delle rasformae rasformae di funzioni elemenari f(z) dz abella 3 s f(s) 9 f () s f(s) f( + ) f () s 2 f(s) f ( + ) sf( + ) d n d n f() n f() sn f(s) n s n j f (j) ( + ) 2 j ( ) n dn ds n f(s) 3 (f g)() f(s) ĝ(s) 4 e a cos ω e a sin ω e a cosh ω e a sinh ω abella 4 s a (s a) 2 + ω 2 5 ω (s a) 2 + ω 2 6 s a (s a) 2 ω 2 7 ω (s a) 2 ω 2 8 e a n n! (s a) n+ 9 e α e α (s α)(s ) 2 La rasformaa di Laplace 27 / 3 La rasformaa di Laplace 28 / 3

Esercizi sulle rasformae 4 3 2 2 3 4,,5 K,5 K, 2 3 4,9,8,7,6,5,4,3,2, 2 3 4 5 6,,8,6,4,2 2 3 4 5 6 7 8 9,,8,6,4,2 K,2 2 3 4 5 6 7 8 9,,5 K,5 K, 2 3 4 5 6 7 8 9 rasformaa di funzioni periodiche Esercizi sulle rasformae rasformaa di funzioni periodiche { < f() n n < n + { < 2 g() + 2n < 2n + 2n + < 2n + 2 { < 3 h() 2n 2n < 2n + 2n + 2 2n + < 2n + 2 f() sin() 2 g() sin() 3 h() sin() 3 e f(s) s (e s ) s ; ĝ(s) e s s e s + ; ĥ(s) e s s 2 e s + f(s) + s 2 e πs + e πs ; 6 ĥ(s) (s 2 + )(s 2 + 9) ĝ(s) arcan(s); La rasformaa di Laplace 29 / 3 La rasformaa di Laplace 3 / 3 Riferimeni Riferimeni Joel L. Schiff he Laplace ransform, heory and applicaions Springer-Verlag, 999. U. Graf Applied Laplace ransforms and z-ransforms for Scieniss and Engineers Birkh auser, 24. Spiegel Murray R. Laplace ransforms Schaum s ouline series, 965. La rasformaa di Laplace 3 / 3