jueves, 17 de julio de 2014

VII. TRANSFORMADAS DE LAPLACE 1.- Transformadas de Laplace




El método de la transformada de Laplace es un método operacional que puede usarse para resolver ecuaciones diferenciales lineales, ya que su uso hace posible que diversas funciones sunisoidales, sinusoidales amortiguadas y exponenciales, se puedan convertir en funciones algebraicas de una variable compleja , y reemplazar operaciones como la diferenciación y la integración, por operaciones algebraicas en de funciones compleja equivalentes. Por tanto, una ecuación diferencial lineal se puede transformar en una ecuación algebraica  de la variable compleja . Si esa ecuación algebraica se resuelve en  para la variable dependiente, se obtiene la solución de la ecuación diferencial. Este procedimiento que implica la transformada inversa de Laplace de la variable dependiente, se realiza empleando una tabla de transformadas de Laplace, o mediante la técnica de expansión en fracciones parciales.

Es característico del método de la Transformada de Laplace, el uso de técnicas gráficas para predecir y/o analizar el funcionamiento de un sistema sin tener que resolver el sus ecuaciones diferenciales. Otra ventaja es que con este método se resuelve la ecuación diferencial obteniendo, simultáneamente, las componentes del estado transitorio y estacionario de la solución.
o se presenta una definición de la Transformada de Laplace; y un breve análisis de las condiciones de existencia de la transformada de Laplace.

Definimos:
        f(t)=                   una función de tiempo   f(t)=0  tal que  para t<0
       s=                        una variable compleja  
       f(s)=                    transformada de Laplace de f(t)
      L                       un símbolo operacional que indica que la cantidad a la que precede debe                                                    transformarse por la integral de Laplace.
           
 
Entonces la transformada de Laplace de  está dada por

           

El proceso inverso de hallar en tiempo , a partir de la transformada de Laplace , se denomina transformada inversa de Laplace. La notación de la transformada inversa de Laplace es

                       
            así
           


EXISTENCIA DE LA TRANSFORMADA DE LAPLACE

La transformada de Laplace de una función f(t) existe si la integral de Laplace converge. La integral ha de converger si  es seccionalmente continua en todo intervalo finito dentro del rango  y si es de orden exponencial cuanto  tiende a infinito. Se dice que una función  es de orden exponencial,  si existe una constante real, positiva  tal que la función

           

tiende a cero cuanto  ttiene a infinito. Si el limite de la función

             
 
tiende a cero para θ mayor que   θt  y el límite tiene a infinito para θ  menor que θt , el valor  recibe el nombre de abcisa de convergencia.

Para la función
 
           
       
 Tiende a cero si θ>α . La abcisa de convergencia en este caso es θc=α . La integral
 
           

converge solamente si θ , la parte real de s, es mayor que la abcisa de convergencia . Así hay que elegir el operador  como una constante tal que esta integral converja.

En términos de los polos de la función f(s) , la abcisa de convergencia  corresponde ala parte real del polo ubicado en posición más alejada hacia la derecha en el plano .

Para funciones como

            t
sen w t
 tsenwt
           
           
 la abcisa de convergencia es igual a cero.

Para funciones como
           
           
                 

Y similares, la abcisa de convergencia es igual   Para funciones que aumentan más rápidamente que la función exponencial, sin embargo, no es posible encontrar valores adecuados de la abcisa de convergencia. Por lo tanto, funciones tales como

      
      
           

no tienen transformada de Laplace


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