ETTI-AM2, , M. Joița & A. Niță Notițe de Adrian Manea Seminar 11 Transformarea Laplace Aplicații Transformarea Z Ecuații și sisteme diferenți

Documente similare
ETTI-AM2, , M. Joița & A. Niță Notițe de Adrian Manea Seminar 10 Transformata Fourier Integrala Fourier Seriile Fourier sînt utile pentru dez

Cursul 8 Funcţii analitice Vom studia acum comportarea şirurilor şi seriilor de funcţii olomorfe, cu scopul de a dezvălui o proprietate esenţială a ac

Şiruri de numere reale Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică Gheorghe Asachi Iaşi, 2015 Analiză Matematică Lucian Maticiuc 1 / 29

Aero-BCD, , Prof. L. Costache & M. Olteanu Notițe de Adrian Manea Seminar 5 Șiruri și serii de funcții. Serii de puteri 1 Șiruri de funcții D

Cursul 7 Formula integrală a lui Cauchy Am demonstrat în cursul precedent că, dacă D C un domeniu simplu conex şi f : D C o funcţie olomorfă cu f cont

Microsoft Word - cap1p4.doc

Cursul 12 (plan de curs) Integrale prime 1 Sisteme diferenţiale autonome. Spaţiul fazelor. Fie Ω R n o mulţime deschisă şi f : Ω R n R n o funcţie de

MD.09. Teoria stabilităţii 1

Distanţa euclidiană (indusă de norma euclidiană) (în R k ). Introducem în continuare o altă aplicaţie, de această dată pe produsul cartezian R k XR k,

D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 6 MĂSURA LEBESGUE Cursul 5 Teorema 6.26 Există submulţimi ale lui R care nu sunt măsurabile Lebesgue. Dem

Cursul 6 Cadru topologic pentru R n În continuarea precedentei părţi, din cursul 5, dedicată, în întregime, unor aspecte de ordin algebric (relative l

FIŞA DISCIPLINEI 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ superior Universitatea Alexandru Ioan Cuza din Iaşi 1.2 Facultatea Facultatea de

CURBE BÉZIER În CAGD se utilizează adesea curbele polinomiale, adică acele curbe definite de o parametrizare polinomială: C : [a, b] R 3 C(t) = (x(t),

Capitolul MD. 10 Metoda funcţiilor Liapunov Fie sistemul diferenţial x = f (t, x), t t 0, x D R n. (10.1) Presupunem că x = 0 este punct de echilibru,

Algebra si Geometri pentru Computer Science

Facultatea de Matematică Anul II Master, Geometrie Algebrică Mulţimi algebrice ireductibile. Dimensiune 1 Mulţimi ireductibile Propoziţia 1.1. Fie X u

Microsoft Word - Probleme-PS.doc

Tiberiu Trif Analiză matematică 2 Calcul diferențial și integral în R n

Universitatea Transilvania din Braşov Facultatea de Matematică şi Informatică ERNEST SCHEIBER ANALIZĂ NUMERICĂ Braşov

Prelegerea 4 În această prelegere vom învăţa despre: Algebre booleene; Funcţii booleene; Mintermi şi cuburi n - dimensionale. 4.1 Definirea algebrelor

Microsoft Word - TIC5

GHEORGHE PROCOPIUC PROBLEME DE ANALIZĂ MATEMATICĂ ŞI ECUAŢII DIFERENŢIALE IAŞI, 2007

Pachete de lecţii disponibile pentru platforma AeL

PROGRAMA CONCURSULUI NAŢIONAL

Analiză 2 Notițe de seminar Adrian Manea Curs: A. Niță 11 mai 2019

Seminar 6 1. Reprezentaţi printr-o integrală Fourier funcţia f : R R, f (x) = e x cos 2x. Soluţie: Funcţia dată satisface condiţiile teoremei de repre

Microsoft Word - 4_Fd_Teoria_sist_I_2013_2014_MLF_Calc

Analiz¼a Matematic¼a - Curs 6 M¼ad¼alina Roxana Buneci

C:/Users/Lenovo/Dropbox/activitate matematica/cursuri/MS ETTI /msetti.dvi

CONCURSUL NAŢIONAL DE MATEMATICA PANAITOPOL EDIŢIA a X-a, TULCEA, 21 aprilie 2018 Clasa a VII - a 1. Se consideră numerele reale x, y şi z, cel puţin

02. Analiza matematica 3 - MI 2

Dorel LUCHIAN Gabriel POPA Adrian ZANOSCHI Gheorghe IUREA algebră geometrie clasa a VIII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA

8

Electricitate II

Microsoft Word - D_ MT1_II_001.doc

CONCURSUL DE MATEMATICĂ APLICATĂ "ADOLF HAIMOVICI" ETAPA JUDEȚEANĂ 18 martie 2017 Filiera Tehnologică : profilul Tehnic Clasa a IX -a Problema 1. 2 Se

Clasa IX 1. O lăcustă face salturi, fiecare salt în linie dreaptă şi de două ori mai lung ca precedentul. Poate vreodată lăcusta să revină în punctul

Slide 1

TEORIA MĂSURII Liviu C. Florescu Universitatea Al.I.Cuza, Facultatea de Matematică, Bd. Carol I, 11, R Iaşi, ROMANIA, e mail:

Microsoft PowerPoint - Prezentarea_programelor_de_studii_de_licenta_2019

Cursul 1 1. Introducere Corpul numerelor complexe Dezvoltarea istorică a gândirii matematice a urmărit îndeaproape evoluţia ideii de număr. Această ev

Metode Numerice

Cursul 12 Şiruri recurente în planul complex Vom studia, în continuare, comportarea în raport cu data iniţială a şirurilor definite prin relaţii de re

C10: Teoria clasică a împrăștierii Considerăm un potențial infinit în interiorul unui domeniu sferic de rază a și o particulă incidentă (Figura 1) la

Microsoft Word - Subiecte scs1lab 2010_V03.doc

Slide 1

gaussx.dvi

Gabriela Grosu / EDCO 1 SEMINAR NR. 9, REZOLV ¼ARI EDCO, AIA 1:5: Ecuaţii diferenţiale liniare de ordinul întâi şi ecuaţii reductibile la acestea: ecu

BAC 2007 Pro Didactica Programa M1 2 Rezolvarea variantei 61 versiune finală Redactia Pro Didactica Suportul pe net:

DAN LASCU ADRIANA-LIGIA SPORIŞ ANDA OLTEANU PAUL VASILIU MATEMATICĂ. CULEGERE DE PROBLEME TIP GRILĂ PENTRU ADMITEREA ÎN ACADEMIA NAVALĂ MIRCEA CEL BĂT

Coordonate baricentrice Considerăm în plan un triunghi ABC şi un punct Q în interiorul său, fixat arbitrar. Notăm σ c = aria ( QAB) σ a = aria ( QBC),

2

Microsoft Word - Adela_Programa_Matematici speciale_2015_2016 (1).doc

FIŞA DISCIPLINEI

Examenul de bacalaureat 2012

Slide 1

Logică și structuri discrete Relații. Funcții parțiale Marius Minea marius/curs/lsd/ 20 octombrie 2014

Examenul de bacalaureat 2012

Examenul de bacalaureat 2012

programa_olimpiada_matematica_IX-XII_

Microsoft Word - FiltrareaNyquist-rezumat.doc

Elemente de aritmetica

Microsoft Word - 2 Filtre neliniare.doc

Cursul 10 Fractali de tip Newton Vom prezenta în continuare o nouă modalitate de generare a fractalilor, modalitate care îşi are originea într-o probl

MECANICA FLUIDELOR

C:/Users/Lenovo/Dropbox/activitate matematica/cursuri/MS ETTI /msetti.dvi

CLP_UTCN-grila-2012.dvi

Probleme rezolvate 1) Să se calculeze limitele următoarelor şiruri: 1 a) x n n = ( n+ 1)( n+ 2 )...( n+ n), n 2 n ( 1) 1 n n b) 2 3 n 5 n... ( 2

Geometrie afină Conf. Univ. Dr. Cornel Pintea cpintea math.ubbcluj.ro Cuprins 1 Săptămâna Endomorfismele unui spaţiu afin Transla

Gheorghe IUREA Adrian ZANOSCHI algebră geometrie clasa a VII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA 45 Matematică. Clasa a VII-

Spatii vectoriale

Cuprins ANALIZĂ MATEMATICĂ CALCUL INTEGRAL CUPRINS Unitatea de învăţare Titlu Pagina INTRODUCERE 1 1 Primitive 3 Obiectivele unităţii de învăţare nr.

Microsoft Word - Matematika_kozep_irasbeli_jav_utmut0513V28_roman.doc

PowerPoint Presentation

Prelegerea 3 În această prelegere vom învăţa despre: Clase speciale de latici: complementate. modulare, metrice, distributive şi 3.1 Semi-distributivi

Notiuni de algebra booleana

LUCRAREA 8 PROGRAMAREA NELINIARĂ ÎN REZOLVAREA PROBLEMELOR DIN ENERGETICĂ. METODE DE ORDINUL Aspecte generale Programarea neliniară are o foart

Microsoft Word - Planuri_Mate_

Modelarea si Simularea Sistemelor de Calcul

C2- Energia solara la limita superioara a atmosferei terestre Mişcarea Pământului in jurul Soarelui Mişcarea Pământului în jurul soarelui este o mişca

ETTI-AN1, , C. Ghiu Notițe de Adrian Manea Seminar 4 Serii Fourier și recapitulare 1 Serii Fourier Pentru dezvoltarea în serie Fourier (care

Probleme date la examenul de logică matematică şi computaţională. Partea a II-a Claudia MUREŞAN Universitatea din Bucureşti Facultatea de Matematică ş

Lucrarea 7 Filtrarea imaginilor BREVIAR TEORETIC Filtrarea imaginilor se înscrie în clasa operaţiilor de îmbunătăţire, principalul scop al acesteia fi

Complemente de Fizica I Cursul 1

Matematica VI

Laborator 4 Modele sistemice liniare. Reprezentare numerică. Conversii. Conexiuni 4.1 Tema Formarea deprinderilor de utilizare a convenţiilor MATLAB d

Clustere şi impurităţi în sisteme complexe

Microsoft Word - Tsakiris Cristian - MECANICA FLUIDELOR

Slide 1

BAC 2007 Pro Didactica Programa M1 2 Rezolvarea variantei 36 versiune finală Redactia Pro Didactica Suportul pe net:

Lucian L. TURDEANU Georgeta D. POP (MANEA) BAZELE GEOMETRICE ALE FOTOGRAMETRIEI CONSPRESS BUCUREŞTI 2009

Noțiuni matematice de bază

Logică și structuri discrete Limbaje regulate și automate Marius Minea marius/curs/lsd/ 24 noiembrie 2014

I. Partea introductivă Proiectul unității de învățare CONCEPTUL DE MATRICE ŞCOALA: Colegiul Național Petru Rareș Suceava CLASA: a XI a- matematică / a

FIŞA UNITĂŢII DE CUR S/MODULULUI MD-2012, CHIŞINĂU, STR. 31 AUGUST, 78, TEL: FAX: , Matematica economică 1. Date d

LOGICA MATEMATICA SI COMPUTATIONALA Sem. I,

{ 3x + 3, x < 1 Exemple. 1) Fie f : R R, f(x) = 2x + 4, x 1. Funcţia f este derivabilă pe R\{1} (compunere de funcţii elementare), deci rămâne să stud

Transcriere:

Seminar Transformarea Laplace Aplicații Transformarea Z Ecuații și sisteme diferențiale Folosind transformata Laplace, putem reolva ecuații și sisteme diferențiale. Cu ajutorul proprietăților transformatei Laplace, aceste ecuații și sisteme devin sisteme algebrice, pe care le putem reolva mult mai simplu. Principalele avantaje ale reolvării ecuațiilor și sistemelor diferențiale cu ajutorul transformatei Laplace sînt: reolvarea unei ecuații neomogene se face direct, nu mai este necesar să se tratee caul omogen mai întîi; valorile inițiale sînt folosite direct în calcul, nu se mai obține o soluție pînă la o constantă, care se determină din valorile inițiale. Pentru aceasta, avem nevoie de o proprietate a transformatei Laplace aplicată derivatei originalului. Folosind definiția și integrarea prin părți, se pot verifica simplu următoarele proprietăți: De fapt, în general, avem: Lf = slf f0 Lf = s Lf sf0 f 0. Lf n = s n Lf s n f0 s n f 0 f n 0. De asemenea, pentru integrale, avem deja teorema integrării originalului: L t 0 fτdτ = s Fs, unde Fs = Lft. Reultă, folosind transformarea inversă: t 0 fτdτ = L s Fs. De exemplu, pentru a reolva ecuația diferențială: y + ay + by = rt, y0 = K 0, y 0 = K, aplicăm transformata Laplace și folosim proprietățile de mai sus. Fie Y = Lyt

Se obține ecuația algebrică: unde Rs = Lr. Forma echivalentă este: s Y sy0 y 0 + asy y0 + by = Rs, s + as + by = s + ay0 + y 0 + Rs. Împărțim prin s + as + b și folosim formula: de unde reultă: Qs = s + as + b = s + a + b 4, a Ys = s + ay0 + y 0 Qs + RsQs. În forma aceasta, descompunem Ys în fracții simple, dacă este nevoie și folosim tabelul de transformate Laplace, pentru a afla y = L Y. De exemplu: y y = t, y0 =, y 0 =. Soluție: Aplicăm transformata Laplace și ajungem la ecuația: Reultă Q = și ecuația devine: s s Y sy0 y 0 Y = s s Y = s + + s. Y = s + Q + s Q = s + s + s s = s + s s Folosind tabelul și proprietățile transformatei Laplace, obținem soluția: yt = L Y = L s + L s L s = e t + sinh t t.

Exerciții. Să se reolve următoarele probleme Cauchy, folosind transformata Laplace: a y t + yt = 4t, y0 = ; b y t + yt = sin 4t, y0 = 0; c y t + y t + 5yt = 0, y0 = 0, y 0 = 0; d y t 6y t + 4yt = e t, y0 =, y 0 = ; e y t yt + yt = e t, y0 =, y 0 = ; f y t + 4yt = cos t, y0 =, y 0 =.. Să se reolve următoarele sisteme diferențiale: x + x + 4y = 0 a x y y = 0 x0 = 4, y0 = b c x + x y = e t y + y x = e t x0 =, y0 = x + y + x y = 5 sin t x + y + x y = e t x0 =, y0 = Indicație: Aplicăm transformata Laplace fiecărei ecuații și notăm Lxt = Xs și Lyt = Ys. Apoi reolvăm sistemul algebric obținut cu necunoscutele X și Y, cărora la final le aplicăm transformata Laplace inversă. Transformata Z Definim acum o nouă transformată, dar de data aceasta pe un ca discret. Definiţie : Se numește semnal discret o funcție x : Z C, dată de n x n sau, echivalent, xn ori x[n]. Mulțimea semnalelor discrete se va nota cu S d. Dacă x n = 0 pentru n < 0, spunem că semnalul are suport poitiv, iar mulțimea lor se va nota cu S + d. Un semnal particular este următorul: pentru k Z fixat, definim: {, n = k δ k n = 0, n k. Acesta se numește impulsul unitar discret la momentul k și vom nota δ 0 cu δ simplu. Cîteva noțiuni și operații specifice cu semnale urmeaă.

Definiţie : Fie x S d și k Z fixat arbitrar. Semnalul y = x n k n Z se numește întîriatul lui x cu k momente. Operația de convoluție o reîntîlnim și în caul semnalelor discrete: Definiţie : Fie x, y S d. Dacă seria: x n k y k k Z este convergentă pentru orice n Z și are suma n, atunci semnalul = n n se numește convoluția semnalelor x și y și se noteaă = x y. Să remarcăm că, din definiție, avem pentru x, y S + d existența x y și x y = y x. În plus, au loc: x δ = x și x δ k n = x n k. Ajungem în fine la definiția principală: Definiţie 4: Fie s S d, cu s = a n n. Se numește transformata Z sau transformata Laplace discretă a acestui semnal funcția complexă definită prin: L s = n Z a n n, care se definește în domeniul de convergență al seriei Laurent corespunătoare. Principalele proprietăți ale transformării Z sînt: Există R, r > 0 astfel încît seria care definește transformarea Z să fie convergentă în coroana r < < R; Liniaritatea: Asocierea s L s este C-liniară și injectivă, deci: L α s +α s = α L s + α L s, α, α C, s, s S d. Dacă s S + d, cu s = a n, atunci lim L s = a 0, iar dacă există limita lim a n = l, n atunci: lim L s =. 4 Inversa transformării Z: Fie s S + d, cu s = a n. Presupunem că funcția L s este olomorfă în domeniul r < < R. Pentru orice r < ρ < R, fie γ ρ frontiera discului ρ parcursă în sens poitiv o singură dată. Atunci avem: a n = πi γ ρ n L s d, n Z. 5 Teorema de convoluție: Fie s, t S + d. Atunci s t S+ d și are loc: L s t = L s L t. În particular: L s δk = k L s, k Z. 4

6 Prima teoremă de întîriere: Pentru n N : L s ft n = n L s f. 7 A doua teoremă de întîriere teorema de deplasare: L s ft + n = n L s f n ft t, n N. În tabelul din figura sînt preentate transformatele Z ale funcțiilor uuale. t=0 s { h n = 0, n < 0 h n =, n 0 δ k, k Z s = n n N L s k s = n n N + s = a n n N, a C s = e an n N, a R s = sinωn n N, ω R a e a sin ω cos ω + s = cosωn n N, ω R cos ω cos ω + Figura : Transformate Z uuale Exerciții. Să se determine semnalul x S + d, a cărui transformată Z este dată de: a L s = b L s = c L s = d L s = ; + ; + 6 ; + a + a, a > 0 parametru. 5

Soluție: a Avem: x n = n L s d πi =ρ = Re n L s, n = Re, = lim n = lim n n = n n. b x n = n L s d πi =ρ = Re n L s, + Re n L s, i + Re n L s, i Re n L s, = lim n + = Re n i n L s, i = i i Re n L s, i = n i n ii +. Remarcăm că pentru n = 4k și n = 4k +, avem x n = 0, iar în celelalte două cauri, x n =. c [ Re n L s, = lim n ] + 6 = 4n +. 6 Re n L s, = n 5 Re n L s, = n 80. Obținem x n = 4n + 6 + n 5 n 80. d, = a ± i sînt poli simpli. Avem: n x n = Re + a + a, = an + i n + a = i a n n. + an i n + a 6 n + Re + a + a,

Putem scrie trigonometric numerele și : = a + i = a cos π 4 + i sin π 4 = a i = a cos π 4 i sin π 4. Deci: x n = n a n sin nπ 4.. Fie x = x n S + d și y = y n, unde y n = x 0 + + x n. Să se arate că Y = X. Soluție: Avem Y = y n n. Dar: n=0 X = x n n și n=0 x n n = X, n=0 deoarece x = 0. Putem continua și obținem n=0 x n k n = X. Așadar: k Y = X + + +... = X.. Cu ajutorul transformării Z, să se determine șirurile x n definite prin următoarele relații: a x 0 = 0, x =, x n+ = x n+ + x n, n N șirul lui Fibonacci; b x 0 = 0, x =, x n+ = x n+ x n, n N; c x 0 = x = 0, x =, x = 0, x n+4 + x n+ + x n+ + x n+ + x n = 0, n N; d x 0 =, x n+ + x n =, n Z; e x 0 = 0, x =, x n+ 4x n+ + x n = n + 4 n, n N. Soluție: Abordarea generală este să considerăm șirul x n ca fiind restricția unui semnal x S + d la N și rescriem relațiile de recurență sub forma unor ecuații de convoluție a x = y, pe care le reolvăm în S + d. a Fie x S + d, astfel încît restricția lui la N să fie șirul căutat. Deoarece avem: x n+ x n+ x n = y n, n Z, cu y n = 0 pentru n și y =, avem ecuația de convoluție: a x = y, unde a = δ + δ + δ, y = δ. 7

Aplicăm transformata Z și reultă: L s x = = x n = 5 [ + 5 n 5 n ]. b Ca în caul anterior, avem a x = y, cu a = δ δ + δ, unde y = δ. Aplicînd transformata Z, obținem: Obținem: x n = Re L s x + = = L s x = n +, + i + Re Calculăm reiduurile, cu notația ε = + i n Re +, ε Similar: Reultă: = lim ε = εn = n Re +, ε = x n = c Ecuația a x = y este valabilă pentru: i n +. și ε = i : n ε + cos nπ cos nπ + i sin nπ i. sin nπ, n N. +, i. i sin nπ i. a = δ 4 + δ + δ + δ + δ, y = δ δ. + Aplicăm transformata Z și obținem: L s x =. Descompunem în fracții + + simple, calculăm reiduurile și ținem cont de faptul că rădăcinile numitorului, ε, ε sînt poli de ordinul, obținem: x n = n 4εn εn n + εn + ε n ε n ε n ε ε = n sin nπ, n N. d Ecuația corespunătoare este a x = y, cu a = δ + δ și y n y = x 0 + x =, cu y n = 0, n, adică y = + δ. Așadar: δ x + δ x = + δ. =, n, iar 8

Aplicăm transformata Z și obținem: Re n Re n L s x + L s x = + = + + = L s x = + = x n = Re n + +, + + Ren +, +, = lim + + n + = 5 4 +, = lim + + + n + = n 4 = n. Reultă: x n = 5 4 n. e Avem ecuația: a x = y, unde a = δ 4δ + δ, cu y n = 0, n, y = și y n = n + 4 n, n N. Fie s = n4 n n, s = 4 n n. Atunci: L s s = L s s 4 = = 4 4 = L s x 4 4 + = 4 + 4 + = = L s x = 4 + 7 + 6 4. Descompunem în fracții simple și obținem, în fine: x n = 9[ 8 n + n 4 n 5 ], n N. OBSERVAȚIE: Toate exercițiile cu recurențe se mai pot reolva în alte două moduri: Se poate aplica teorema de convoluție relației de recurență. De exemplu, din recurența: putem obține: x n+ x n+ + x n = Zx n+ Zx n+ + Zx n = Z, iar Zx n+ = Zx n δ = Zx n Zδ etc. Se poate aplica teorema de deplasare. În aceeași recurență de mai sus, de exemplu, avem: Zx n+ = n Zx n x 0 x și la fel pentru celelalte. 9