Kalkulator odwrotnej transformaty Laplace’a (ułamki proste)

Wpisz swoje wartości. Odpowiedź i pełne rozwiązanie aktualizują się w trakcie pisania.

Wynik

f(t)2e−t − e−2t
Bieguny−1, −2
Ułamekwłaściwy

Znajdź odwrotną transformatę Laplace’a funkcji wymiernej F(s) = N(s)/D(s). Wpisz współczynniki licznika i mianownika, od najwyższej potęgi s. Kalkulator skraca wspólne czynniki, wydziela część całkowitą z ułamka niewłaściwego, znajduje bieguny, oblicza każdy współczynnik ułamka prostego (dla biegunów jednokrotnych, wielokrotnych i zespolonych) i zapisuje f(t) jako sumę funkcji wykładniczych, potęg t, sinusów i cosinusów.

Rozwiązanie krok po kroku

Zapisz F(s) jako iloraz wielomianów

F(s) = (s + 3)/(s² + 3s + 2)

Bieguny: pierwiastki mianownika

D(s) = (s + 1)(s + 2)
s = −1
s = −2

Ułamki proste

s = −1: A = [(s + 1)·F(s)]s = −1 = 2
s = −2: A = [(s + 2)·F(s)]s = −2 = −1
F(s) = 2/(s + 1) − 1/(s + 2)

Użyte pary transformat

1/(s − a) ↔ eat

Odwrotna transformata Laplace’a

f(t) = 2e−t − e−2t
ważne dla t ≥ 0 (f(t) = 0 dla t < 0)

Jak znaleźć odwrotną transformatę Laplace’a metodą ułamków prostych

  1. Upewnij się, że F(s) jest właściwa: jeśli stopień licznika nie jest niższy niż stopień mianownika, najpierw podziel. Część wielomianowa daje impulsy δ(t), δ′(t) i tak dalej.
  2. Rozłóż mianownik na czynniki, aby znaleźć bieguny: biegun rzeczywisty a daje czynnik (s − a), para zespolona a ± bj daje (s − a)² + b².
  3. Zapisz F(s) jako sumę ułamków prostych i znajdź współczynniki. Dla bieguna jednokrotnego A = [(s − a)·F(s)] przy s = a (metoda zakrywania); bieguny wielokrotne wymagają pochodnych.
  4. Przekształć każdy składnik według tablicy: 1/(s − a) ↔ e^(at), 1/(s − a)ⁿ ↔ tⁿ⁻¹·e^(at)/(n − 1)! oraz (s − a)/((s − a)² + b²) ↔ e^(at)·cos bt.
  5. Dodaj składniki, aby otrzymać f(t) dla t ≥ 0.

Pytania i odpowiedzi

Jak wpisać F(s)?

Wpisz współczynniki każdego wielomianu od najwyższej potęgi s w dół, oddzielone spacjami, z zerami dla brakujących potęg. (s + 3)/(s² + 3s + 2) to licznik 1 3 i mianownik 1 3 2; 1/(s³ + 4s) to licznik 1 i mianownik 1 0 4 0. Dozwolone są ułamki, takie jak 1/2, i ułamki dziesiętne.

Na czym polega metoda zakrywania?

Dla bieguna jednokrotnego w s = a pomnóż F(s) przez (s − a), skróć i podstaw s = a. Dla F(s) = (s + 3)/((s + 1)(s + 2)) daje to 2/1 = 2 przy s = −1 oraz 1/(−1) = −1 przy s = −2, więc f(t) = 2e^(−t) − e^(−2t).

Jak traktowane są bieguny zespolone?

Para biegunów a ± bj daje składnik (B(s − a) + C·b)/((s − a)² + b²), którego transformata odwrotna to e^(at)·(B cos bt + C sin bt). Kalkulator znajduje B i C ze współczynnika zespolonego A przy a + bj: B = 2·Re A i C = −2·Im A.

Co, jeśli stopień licznika jest zbyt wysoki?

Wtedy F(s) jest niewłaściwa. Dzielenie wielomianów daje F(s) = Q(s) + R(s)/D(s). Wielomian Q(s) przekształca się w impulsy: stała c daje c·δ(t), c·s daje c·δ′(t) i tak dalej. Część właściwą R(s)/D(s) rozkładasz na ułamki proste jak zwykle.

Jak dokładne są wyniki?

Wspólne czynniki i czynniki wielokrotne są znajdowane dokładnie, na ułamkach. Pierwiastki i współczynniki są następnie obliczane numerycznie z dokładnością około 14 cyfr i pokazywane z 4 cyframi znaczącymi, więc bieguny niewymierne, takie jak bieguny s² + s + 1, pojawiają się jako liczby dziesiętne.

Dlaczego f(t) obowiązuje tylko dla t ≥ 0?

Jednostronna transformata Laplace’a wykorzystuje tylko wartości f dla t ≥ 0. Ściśle rzecz biorąc, wynikiem jest f(t)·u(t), gdzie u to skok jednostkowy, więc f(t) = 0 dla t < 0.

Przećwicz to sam

Ćwicz: Transformaty Laplace’a

Kalkulator daje odpowiedź. Na egzaminie potrzebujesz metody: ćwicz ją na nowych zadaniach z podpowiedziami i rozwiązaniami.

</> Osadź

Bezpłatnie dla nauczycieli i szkół: wklej ten kod na stronę kursu, do LMS lub na swoją stronę. Studenci mogą korzystać z kalkulatora i rozwiązania krok po kroku bez konta.

Więcej kalkulatorów