32

Преобразование Лапласа (операционное исчисление) и его применение к решению дифференциальных уравнений

[4/100%]
Показать
LaTeX
Задача 32.1

Найти изображение F(p)F(p) оригинала f(t)f(t), если:

?
(1)

f(t)=sin⁡tsin⁡3tf(t) = \sin t \sin 3 t;

(2)

f(t)=tsh⁡t;f(t) = t \operatorname {sh} t ;

(3)

f(t)=sin⁡3tf(t) = \sin^{3} t;

(4)

f(t)=cos⁡4t+sin⁡4tf(t) = \cos^{4} t+\sin^{4} t.

Задача 32.2

Найти оригинал f(t)f(t) по его изображению F(p)F(p), если:

?
(1)

F(p)=1p2−4p+5F(p) = \frac{1}{p^{2}-4 p+5};

(2)

F(p)=1p2(p2+1)F(p) = \frac{1}{p^{2}\left(p^{2}+1\right)};

(3)

F(p)=p+1p3−2p2−5p+6F(p) = \frac{p+1}{p^{3}-2 p^{2}-5 p+6};

(4)

F(p)=1p(p−1)(p2+4)F(p) = \frac{1}{p(p-1)\left(p^{2}+4\right)};

(5)

F(p)=1(p+1)(p+3)3F(p) = \frac{1}{(p+1)(p+3)^{3}};

(6)

F(p)=p2+2p−1p3+3p2+3p+1F(p) = \frac{p^{2}+2 p-1}{p^{3}+3 p^{2}+3 p+1};

(7)

F(p)=(5p+3)(p−1)(p2+2p+5)F(p) = \frac{(5 p+3)}{(p-1)\left(p^{2}+2 p+5\right)};

(8)

F(p)=p2(p2+4)(p2+9)F(p) = \frac{p^{2}}{\left(p^{2}+4\right)\left(p^{2}+9\right)};

(9)

F(p)=1(p+1)3(p+3)F(p) = \frac{1}{(p+1)^{3}(p+3)};

(10)

F(p)=1(p−1)2(p−2)3F(p) = \frac{1}{(p-1)^{2}(p-2)^{3}}.

Задача 32.3

Решить задачу Коши для дифференциального уравнения с заданными начальными условиями:

?
(1)

x′′(t)−2x′(t)+x(t)=t2et,x(0)=0,x′(0)=1x^{\prime \prime }(t)-2 x^{\prime }(t)+x(t) = t^{2} e^{t}, x(0) = 0, x^{\prime }(0) = 1;

(2)

x(3)(t)+3x(2)(t)+3x′(t)+x(t)=1,x(0)=x′(0)=x′′(0)=0x^{(3)}(t)+3 x^{(2)}(t)+3 x^{\prime }(t)+x(t) = 1, x(0) = x^{\prime }(0) = x^{\prime \prime }(0) = 0;

(3)

x(3)(t)−2x(2)(t)+x′(t)=4,x(0)=1,x′(0)=2,x′′(0)=−2x^{(3)}(t)-2 x^{(2)}(t)+x^{\prime }(t) = 4, x(0) = 1, x^{\prime }(0) = 2, x^{\prime \prime }(0) = -2;

(4)

x(3)(t)+x(2)(t)=cos⁡t,x(0)=−2,x′(0)=x′′(0)=0x^{(3)}(t)+x^{(2)}(t) = \cos t, x(0) = -2, x^{\prime }(0) = x^{\prime \prime }(0) = 0;

(5)

x′′(t)+x(t)=2cos⁡t,x(0)=−1,x′(0)=1x^{\prime \prime }(t)+x(t) = 2 \cos t, x(0) = -1, x^{\prime }(0) = 1;

(6)

x′′(t)+4x(t)=2sin⁡2t,x(0)=−1,x′(0)=0x^{\prime \prime }(t)+4 x(t) = 2 \sin 2 t, x(0) = -1, x^{\prime }(0) = 0;

(7)

x(4)(t)−x(t)=1,x(0)=1,x′(0)=1,x′′(0)=2,x(3)(0)=−1x^{(4)}(t)-x(t) = 1, x(0) = 1, x^{\prime }(0) = 1, x^{\prime \prime }(0) = 2, x^{(3)}(0) = -1;

(8)

x(4)(t)−5x(2)(t)+10x′(t)−6x(t)=0x^{(4)}(t)-5 x^{(2)}(t)+10 x^{\prime }(t)-6 x(t) = 0, x(0)=1,x′(0)=0,x′′(0)=6,x(3)(0)=−14x(0) = 1, x^{\prime }(0) = 0, x^{\prime \prime }(0) = 6, x^{(3)}(0) = -14.

Задача 32.4

Решить задачу Коши для системы дифференциальных уравнений с заданными начальными условиями:

?
(1)

{x′(t)=−x(t)+2y(t),y′(t)=−x(t)−4y(t),x(0)=y(0)=1;\begin{cases} x^{\prime }(t) = -x(t)+2 y(t), \\ y^{\prime }(t) = -x(t)-4 y(t),\end{cases} \quad x(0) = y(0) = 1 ;

(2)

{x′(t)−2x(t)−4y(t)=0,y′(t)+x(t)+2y(t)=0,x(0)=2,y(0)=1\begin{cases} x^{\prime }(t)-2 x(t)-4 y(t) = 0, \\ y^{\prime }(t)+x(t)+2 y(t) = 0,\end{cases} \quad x(0) = 2, \quad y(0) = 1;

(3)

{x′(t)+3x(t)−4y(t)=9e2t,2x(t)+y′(t)−3y(t)=3e2t,x(0)=2,y(0)=0\begin{cases} x^{\prime }(t)+3 x(t)-4 y(t) = 9 e^{2 t}, \\ 2 x(t)+y^{\prime }(t)-3 y(t) = 3 e^{2 t},\end{cases} \quad x(0) = 2, \quad y(0) = 0;

(4)

{x′(t)+y′(t)=1,x(2)(t)+y′(t)+x(t)=et,x(0)=1,x′(0)=2,y(0)=0,y′(0)=−1\begin{cases} x^{\prime }(t)+y^{\prime }(t) = 1, \\ x^{(2)}(t)+y^{\prime }(t)+x(t) = e^{t},\end{cases} x(0) = 1, x^{\prime }(0) = 2, y(0) = 0, y^{\prime }(0) = -1.