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−2 − s + Y@sD + s Y@sD + s

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Academic year: 2021

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(1)

Uebungen

D'Gl. 2. Ordnung

Remove@"Global`∗"D

links = LaplaceTransform @ y'' @ t D + y' @ t D + y @ t D , t, s D ê . 8 LaplaceTransform @ y @ t D , t, s D Y @ s D , y @ 0 D 1, y' @ 0 D 1 <

−2 − s + Y@sD + s Y@sD + s

2

Y@sD

rechts = LaplaceTransform@Sin@tD, t, sD 1

1 + s

2

solv = Solve@links rechts, 8Y@sD<D êê Flatten 9Y@sD → 3 + s + 2 s

2

+ s

3

H1 + s

2

L H1 + s + s

2

L = U@sD := Y@sD ê. solv; U@sD

3 + s + 2 s

2

+ s

3

H1 + s

2

L H1 + s + s

2

L U@sD êê Apart

− s

1 + s

2

+ 3 + 2 s 1 + s + s

2

u0@t_D := InverseLaplaceTransform@U@sD, s, tD êê Simplify; u0@tD

−Cos@tD + 2

3

−tê2

i

k jjj 3 CosA è!!! 3 t

2 E + 2 è!!! 3 SinA è!!! 3 t 2 Ey

{ zzz Plot@Evaluate@8u0@tD<D, 8t, 0, 6 Pi<D;

2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5

-1 -0.5 0.5 1

(2)

System

Remove@"Global`∗"D

links1 = LaplaceTransform@y''@tD + z@tD, t, sD ê. 8LaplaceTransform @y@tD, t, sD Y@sD, y@0D 1, y '@0D 0, LaplaceTransform@z@tD, t, sD Z@sD, z@0D 1, z'@0D 0<

−s + s

2

Y@sD + Z@sD

links2 = LaplaceTransform@y@tD z'@tD, t, sD ê. 8LaplaceTransform @y@tD, t, sD Y@sD, y@0D 1, y '@0D 0, LaplaceTransform@z@tD, t, sD Z@sD, z@0D 1, z'@0D 0<

1 + Y@sD − s Z@sD

rechts1 = LaplaceTransform@Sin@tD, t, sD 1

1 + s

2

rechts2 = LaplaceTransform@Cos@tD, t, sD s

1 + s

2

solv = Solve@8links1 rechts1, links2 rechts2<, 8Y@sD, Z@sD<D êê Flatten 9Y@sD → − 1 − 2 s − s

4

H1 + s

2

L H1 + s

3

L , Z@sD → − −1 − s − s

2

− s

4

H1 + s

2

L H1 + s

3

L = U@sD := Y@sD ê. solv@@1DD; U@sD

− 1 − 2 s − s

4

H 1 + s

2

L H 1 + s

3

L U@sD êê Apart

− 1

3 H1 + sL + −1 + s

1 + s

2

+ 1 + s 3 H1 − s + s

2

L

V@sD := Z@sD ê. solv@@2DD; V@sD

− −1 − s − s

2

− s

4

H1 + s

2

L H1 + s

3

L

u@t_D := InverseLaplaceTransform@U@sD, s, tD êê Simplify; u@tD

− 3

−t

+ Cos@tD − Sin@tD + 1 3

tê2

i

k jjj CosA è!!! 3 t

2 E + è!!! 3 SinA è!!! 3 t 2 Ey

{ zzz v@t_D := InverseLaplaceTransform@V@sD, s, tD êê Simplify; v@tD

1 3

i

k jjj

−t

+ 3 Cos@tD +

tê2

i

k jjj −CosA è!!! 3 t

2 E + è!!! 3 SinA è!!! 3 t 2 Ey

{ zzzy { zzz

(3)

Plot@Evaluate@8u@tD, v@tD<D, 8t, 0, 6 Pi<D;

2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5

-1500 -1000 -500 500 1000 1500 2000

Faltung

Remove@"Global`∗"D

ü Rechnung gewöhnlich

links = LaplaceTransform@y''@tD + 3 y'@tD + 4 y@tD, t, sD ê.

8LaplaceTransform@y@tD, t, sD Y@sD, y@0D 0, y'@0D 0<

General::spell1 :

Possible spelling error: new symbol name "links" is similar to existing symbol "Links".

Mehr…

4 Y@sD + 3 s Y@sD + s

2

Y@sD

rechts = LaplaceTransform@Sin@tD, t, sD 1

1 + s

2

solv = Solve@links rechts, 8Y@sD<D êê Flatten

9Y@sD → 1

4 + 3 s + 5 s

2

+ 3 s

3

+ s

4

= U@sD := Y@sD ê. solv; U@sD

1

4 + 3 s + 5 s

2

+ 3 s

3

+ s

4

U@sD êê Apart

1 − s

6 H1 + s

2

L + 2 + s 6 H4 + 3 s + s

2

L

InverseLaplaceTransform @ U @ s D , s, t D êê Simplify 1

42 i

k jjj 7 H −Cos@tD + Sin@tDL +

−3 tê2

i

k jjj 7 CosA è!!! 7 t

2 E + è!!! 7 SinA è!!! 7 t 2 Ey

{ zzzy { zzz

g@t_D := InverseLaplaceTransform@1 ê Hs^2 + 3 s + 4L, s, tD êê Simplify; g@tD 2

−3 tê2

SinA

è!!!!7 t2

E

è!!! 7

(4)

Plot@Evaluate@8g@tD<D, 8t, 0, 2 Pi<D;

1 2 3 4 5 6

0.05 0.1 0.15 0.2

ü Rechnung mit Faltung

faltung@u_, v_, t_D := Integrate@u@λD v@t − λD, 8λ, 0, t<D;

u@t_D := g@tD; v@t_D := Sin@tD;

faltung@u, v, tD 1

42 i

k jjj −7 Cos@tD + 7 Sin@tD +

−3 tê2

i

k jjj7 CosA è!!! 7 t

2 E + è!!! 7 SinA è!!! 7 t 2 Ey

{ zzzy { zzz

ü Faltung allgemein

Remove@"Global`∗"D

H Zur Information LLaplaceTransform@a y''@tD + b y '@tD + c y@tD, t, sD ê.

8LaplaceTransform@y@tD, t, sD Y@sD, y@0D y0, y'@0D y1<

c Y@sD + b H −y0 + s Y@sDL + a H −s y0 − y1 + s

2

Y@sDL

(5)

ü Beispiel 1

a = 1; b = 1; c = 1;

y0 = 1; y1 = 1;

f@t_D := Sin@tD;

mo@k_D := Module@8 <, r@t_D :=

InverseLaplaceTransform@Ha s y0 + a y1 + b y0L ê Ha s^2 + b s + cL, s, tD êê Simplify;

Print@"r@tD = ", r@tDD;

g@t_D := InverseLaplaceTransform@1 ê Ha s^2 + b s + cL, s, tD êê Simplify;

Print@"g@tD = ", g@tDD;

faltung@f_, g_, t_D := Integrate@f@λD g@t − λD, 8λ, 0, t<, GenerateConditions FalseD êê Simplify;

Print@"y@tD = ", faltung@f, g, tDD;

D;

mo@kD

r@tD = −tê2i

kjjjjCosAè!!!!3 t

2 E+è!!!!3 SinAè!!!!3 t 2 Ey

{zzzz g@tD = 2 −tê2SinAè!!!!3 t2 E

è!!!!3 y@tD = −Cos@tD+ 1

3 tê2i

kjjjj3 CosAè!!!!3 t

2 E+è!!!!3 SinAè!!!!3 t 2 Ey

{zzzz

ü Beispiel 2

a = 1; b = 1; c = 1;

y0 = 1; y1 = 1;

f@t_D := Cos@tD;

mo@k_D := Module@8 <, r@t_D :=

InverseLaplaceTransform@Ha s y0 + a y1 + b y0L ê Ha s^2 + b s + cL, s, tD êê Simplify;

Print@"r@tD = ", r@tDD;

g@t_D := InverseLaplaceTransform@1 ê Ha s^2 + b s + cL, s, tD êê Simplify;

Print@"g@tD = ", g@tDD;

faltung@f_, g_, t_D := Integrate@f@λD g@t − λD, 8λ, 0, t<, GenerateConditions FalseD êê Simplify;

Print@"y@tD = ", faltung@f, g, tDD;

D;

mo@kD

r@tD = −tê2i

kjjjjCosAè!!!!3 t

2 E+è!!!!3 SinAè!!!!3 t 2 Ey

{zzzz g@tD = 2 −tê2SinAè!!!!3 t2 E

è!!!!3

y@tD = Sin@tD− 2 tê2SinAè!!!!3 t2 E è!!!!3

(6)

ü Beispiel 3

a = 1; b = 1; c = 1;

y0 = 1; y1 = 1;

f@t_D := E ^H −tL;

mo@k_D := Module@8 <, r@t_D :=

InverseLaplaceTransform@Ha s y0 + a y1 + b y0L ê Ha s^2 + b s + cL, s, tD êê Simplify;

Print@"r@tD = ", r@tDD;

g@t_D := InverseLaplaceTransform@1 ê Ha s^2 + b s + cL, s, tD êê Simplify;

Print@"g@tD = ", g@tDD;

faltung@f_, g_, t_D := Integrate@f@λD g@t − λD, 8λ, 0, t<, GenerateConditions FalseD êê Simplify;

Print@"y@tD = ", faltung@f, g, tDD;

D;

mo@kD

r@tD = −tê2i

kjjjjCosAè!!!!3 t

2 E+è!!!!3 SinAè!!!!3 t 2 Ey

{zzzz g@tD = 2 −tê2SinAè!!!!3 t2 E

è!!!!3 y@tD = 1

3 ti

kjjjj3+ tê2i

kjjjj−3 CosAè!!!!3 t

2 E+è!!!!3 SinAè!!!!3 t 2 Ey

{zzzzy {zzzz

ü Beispiel 4

a = 1; b = 1; c = 1;

y0 = 1; y1 = 1;

f@t_D := t;

mo@k_D := Module@8 <, r@t_D :=

InverseLaplaceTransform@Ha s y0 + a y1 + b y0L ê Ha s^2 + b s + cL, s, tD êê Simplify;

Print@"r@tD = ", r@tDD;

g@t_D := InverseLaplaceTransform@1 ê Ha s^2 + b s + cL, s, tD êê Simplify;

Print@"g@tD = ", g@tDD;

faltung@f_, g_, t_D := Integrate@f@λD g@t − λD, 8λ, 0, t<, GenerateConditions FalseD êê Simplify;

Print@"y@tD = ", faltung@f, g, tD êê SimplifyD;

D;

mo@kD

r@tD = −tê2i

kjjjjCosAè!!!!3 t

2 E+è!!!!3 SinAè!!!!3 t 2 Ey

{zzzz g@tD = 2 −tê2SinAè!!!!3 t2 E

è!!!!3 y@tD = −1+t− 1

3 tê2i

kjjjj−3 CosAè!!!!3 t

2 E+è!!!!3 SinAè!!!!3 t 2 Ey

{zzzz

Referenzen

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