Escalon Unitario

8
Ejemplo Use transformada de Laplace para resolver la ecuación diferencial y ''t 4 y 't 6 yt    1 t y0   0 y '0   1 Se aplica la transformada de Laplace a toda la ecn. LaplaceTransform y ''t 4 y 't 6 yt, t, s 6 LaplaceTran sformyt, t, s s 2 LaplaceTransform yt, t, s 4  s LaplaceTransformyt, t, s y0 s y0 y 0 Simplify 6 4 s s 2  LaplaceTransformyt, t, s 4 s  y0 y 0 LaplaceTransform 1 t , t, s 1 s 1 1 s Se despeja la transformada de Laplace de y[t] Solve6 4 s s 2  LaplaceTransform yt, t, s 4 s y0 y 0   1 s 1 1 s , LaplaceTransform yt, t, s LaplaceTransform yt, t, s   1 4 s y0 5 s 2 y0 s 3 y0 s y 0 s 2 y 0 s  1 s 6 4 s s 2   Se sustituyen las condiciones iniciales y se aplica la inversa de la transformada de Laplace InverseLaplaceTransform   1 s   s 2 s  1 s 6 4 s s 2 , s, t 1 6 2 t 2  t 2 t Cos  2 t 3 2 Sin  2 t La Solución es : yt_    1 6 2 t 2  t 2 t Cos  2 t 3 2 Sin  2 t 1 6 2 t 2  t 2 t Cos  2 t 3 2 Sin  2 t ft_    1 6 2 t 2  t 2 t Cos  2 t 3 2 Sin  2 t 1 6 2 t 2  t 2 t Cos  2 t 3 2 Sin  2 t

Transcript of Escalon Unitario

  • Ejemplo Use transformada de Laplace para resolver la ecuacin diferencial

    y''@tD + 4 y'@tD + 6 y@tD = 1 - -t

    y@0D = 0y'@0D = 1

    Se aplica la transformada de Laplace a toda la ecn.

    LaplaceTransform@y''@tD + 4 y'@tD + 6 y@tD, t, sD

    6 LaplaceTransform@y@tD, t, sD + s2 LaplaceTransform@y@tD, t, sD +4 Hs LaplaceTransform@y@tD, t, sD - y@0DL - s y@0D - y@0D

    Simplify@%D

    I6 + 4 s + s2M LaplaceTransform@y@tD, t, sD - H4 + sL y@0D - y@0D

    LaplaceTransformA1 - -t, t, sE1

    s-

    1

    1 + s

    Se despeja la transformada de Laplace de y[t]

    SolveBI6 + 4 s + s2M LaplaceTransform@y@tD, t, sD - H4 + sL y@0D - y@0D ==1

    s-

    1

    1 + s,

    LaplaceTransform@y@tD, t, sDF

    ::LaplaceTransform@y@tD, t, sD 1 + 4 s y@0D + 5 s2 y@0D + s3 y@0D + s y@0D + s2 y@0D

    s H1 + sL I6 + 4 s + s2M>>

    Se sustituyen las condiciones iniciales y se aplica la inversa de la transformada de Laplace

    InverseLaplaceTransformB1 + s + s2

    s H1 + sL I6 + 4 s + s2M, s, tF

    1

    6-2 t I-2 t + 2 t + CosA 2 tE + 3 2 SinA 2 tEM

    La Solucin es :

    y@t_D =1

    6-2 t J-2 t + 2 t + CosB 2 tF + 3 2 SinB 2 tFN

    1

    6-2 t I-2 t + 2 t + CosA 2 tE + 3 2 SinA 2 tEM

    f@t_D =1

    6-2 t J-2 t + 2 t + CosB 2 tF + 3 2 SinB 2 tFN

    1

    6-2 t I-2 t + 2 t + CosA 2 tE + 3 2 SinA 2 tEM

  • Plot@f@tD, 8t, 0, 5 Pi
  • Para hacerla al revs,se debe de restar la funcin que multiplica a UnitStep a la funcin.

    f@t_D = Sin@tD - HUnitStep@t - PiDL Sin@tDSin@tD - Sin@tD UnitStep@- + tD

    Plot@f@tD, 8t, 0, 2.5 Pi

  • SolveBI16 + s2M LaplaceTransform@x@tD, t, sD - s x@0D - x@0D ==s

    16 + s2-- s s

    16 + s2,

    LaplaceTransform@x@tD, t, sDF

    ::LaplaceTransform@x@tD, t, sD 1

    I16 + s2M2

    - s I-s + s s + 16 s s x@0D + s s3 x@0D + 16 s x@0D + s s2 x@0DM>>

    - s I-s + s s + 16 s + s s2 M

    I16 + s2M2

    - s I16 s - s + s s + s s2M

    I16 + s2M2

    InverseLaplaceTransformB- s I16 s - s + s s + s s2M

    I16 + s2M2, s, tF

    -1

    8H-2 - t + H- + tL HeavisideTheta@- + tDL Sin@4 tD

    HeavisideTheta es la misma funcin que UnitStep, solo que en el salto, no est definida

    f@t_D = -1

    8H-2 - t + H- + tL HeavisideTheta@- + tDL Sin@4 tD

    -1

    8H-2 - t + H- + tL HeavisideTheta@- + tDL Sin@4 tD

    Plot@f@tD, 8t, 0, 4 Pi

  • y'@tD + y@tD = f@tDy@0D = 0

    f@tD = 1 0 t < 1-1 t 1

    Se reescribe f@tD en terminos de la funcin escaln unitariaf@t_D = 1 - 2 UnitStep@t - 1D1 - 2 UnitStep@-1 + tD

    Se grafic para comprobar si la funcin sigue el comportamiento esperado

    Plot@f@tD, 8t, 0, 3

  • SolveBLaplaceTransform@y@tD, t, sD + s LaplaceTransform@y@tD, t, sD - y@0D ==1

    s-2 -s

    s,

    LaplaceTransform@y@tD, t, sDF

    ::LaplaceTransform@y@tD, t, sD -s H-2 + s + s s y@0DL

    s H1 + sL>>

    Se aplican condiciones iniciales y se aplica la Inversa de la transformada de Laplace

    y@0D = 0

    InverseLaplaceTransformB-s H-2 + sLs H1 + sL

    , s, tF

    -t I-1 + t - 2 I- + tM HeavisideTheta@-1 + tDM

    La funcin y@tD es :

    y@t_D = -t I-1 + t - 2 I- + tM HeavisideTheta@-1 + tDM

    -t I-1 + t - 2 I- + tM HeavisideTheta@-1 + tDM

    La grfica de la solucin es :

    Plot@y@tD, 8t, 0, 10

  • In[1]:= f@t_D = UnitStep@t - PiD - UnitStep@t - 2 PiDOut[1]= -UnitStep@-2 + tD + UnitStep@- + tD

    In[2]:= Plot@f@tD, 8t, 0, 4 Pi

    In[8]:=-2 s I-1 + s + 2 s s y@0DM

    s I1 + s2M

    Out[8]=-2 s I-1 + s + 2 s s y@0DM

    s I1 + s2M

    Escalon Unitario.nb 7

  • In[11]:= InverseLaplaceTransformB-2 s I-1 + s + 2 s s M

    s I1 + s2M, s, tF

    Out[11]= H-1 + Cos@tDL HeavisideTheta@-2 + tD + H1 + Cos@tDL HeavisideTheta@- + tD + Sin@tD

    In[12]:= y@t_D =H-1 + Cos@tDL HeavisideTheta@-2 + tD + H1 + Cos@tDL HeavisideTheta@- + tD + Sin@tD

    Out[12]= H-1 + Cos@tDL HeavisideTheta@-2 + tD + H1 + Cos@tDL HeavisideTheta@- + tD + Sin@tD

    In[15]:= Plot@y@tD, 8t, 0, 11 Pi