Máy tính biến đổi Laplace ngược (phân tích thành phân thức đơn giản)

Nhập số liệu của bạn. Đáp án và lời giải chi tiết cập nhật khi bạn gõ.

Kết quả

f(t)2e−t − e−2t
Các cực−1, −2
Phân thứcthực sự

Tìm biến đổi Laplace ngược của hàm hữu tỉ F(s) = N(s)/D(s). Nhập các hệ số của tử số và mẫu số, bắt đầu từ lũy thừa cao nhất của s. Máy tính rút gọn các thừa số chung, chia ra phân thức không thực sự, tìm các cực, tính mọi hệ số của phân thức đơn giản (cho cực đơn, cực bội và cực phức) và viết f(t) dưới dạng tổng của các hàm mũ, lũy thừa của t, sin và cos.

Lời giải từng bước

Viết F(s) dưới dạng tỉ số của hai đa thức

F(s) = (s + 3)/(s² + 3s + 2)

Các cực: nghiệm của mẫu số

D(s) = (s + 1)(s + 2)
s = −1
s = −2

Phân thức riêng

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)

Các cặp biến đổi được dùng

1/(s − a) ↔ eat

Biến đổi Laplace ngược

f(t) = 2e−t − e−2t
có giá trị với t ≥ 0 (f(t) = 0 với t < 0)

Cách tìm biến đổi Laplace ngược bằng phân thức đơn giản

  1. Đảm bảo F(s) là phân thức thực sự: nếu bậc của tử số không thấp hơn bậc của mẫu số, hãy chia trước. Phần đa thức cho các xung δ(t), δ′(t), v.v.
  2. Phân tích mẫu số thành thừa số để tìm các cực: cực thực a cho thừa số (s − a), cặp phức a ± bj cho (s − a)² + b².
  3. Viết F(s) thành tổng các phân thức đơn giản và tìm các hệ số. Với cực đơn, A = [(s − a)·F(s)] tại s = a (quy tắc che); cực bội cần đạo hàm.
  4. Biến đổi từng số hạng theo bảng: 1/(s − a) ↔ e^(at), 1/(s − a)ⁿ ↔ tⁿ⁻¹·e^(at)/(n − 1)! và (s − a)/((s − a)² + b²) ↔ e^(at)·cos bt.
  5. Cộng các số hạng để được f(t) với t ≥ 0.

Câu hỏi thường gặp

Tôi nhập F(s) như thế nào?

Gõ các hệ số của mỗi đa thức từ lũy thừa cao nhất của s trở xuống, cách nhau bằng dấu cách, dùng số không cho các lũy thừa bị thiếu. (s + 3)/(s² + 3s + 2) có tử số 1 3 và mẫu số 1 3 2; 1/(s³ + 4s) có tử số 1 và mẫu số 1 0 4 0. Cho phép phân số như 1/2 và số thập phân.

Phương pháp che là gì?

Với cực đơn tại s = a, nhân F(s) với (s − a), rút gọn rồi thay s = a. Với F(s) = (s + 3)/((s + 1)(s + 2)) ta được 2/1 = 2 tại s = −1 và 1/(−1) = −1 tại s = −2, nên f(t) = 2e^(−t) − e^(−2t).

Cực phức được xử lý thế nào?

Một cặp cực a ± bj cho số hạng (B(s − a) + C·b)/((s − a)² + b²), có biến đổi ngược là e^(at)·(B cos bt + C sin bt). Máy tính tìm B và C từ hệ số phức A tại a + bj: B = 2·Re A và C = −2·Im A.

Nếu bậc của tử số quá cao thì sao?

Khi đó F(s) là phân thức không thực sự. Phép chia đa thức cho F(s) = Q(s) + R(s)/D(s). Đa thức Q(s) biến đổi thành các xung: hằng số c cho c·δ(t), c·s cho c·δ′(t), v.v. Phần thực sự R(s)/D(s) được phân tích thành phân thức đơn giản như thường lệ.

Kết quả chính xác đến đâu?

Các thừa số chung và thừa số lặp được tìm chính xác, bằng phân số. Các nghiệm và hệ số sau đó được tính bằng số đến khoảng 14 chữ số và hiển thị với 4 chữ số có nghĩa, nên các cực vô tỉ, như của s² + s + 1, xuất hiện dưới dạng số thập phân.

Tại sao f(t) chỉ có giá trị với t ≥ 0?

Biến đổi Laplace một phía chỉ dùng các giá trị của f với t ≥ 0. Nói chính xác, kết quả là f(t)·u(t), với u là hàm bậc thang đơn vị, nên f(t) = 0 với t < 0.

Tự luyện tập

Luyện tập Biến đổi Laplace

Máy tính chỉ cho đáp án. Trong kỳ thi bạn cần phương pháp: hãy luyện nó với bài tập mới, gợi ý và lời giải chi tiết.

</> Nhúng

Miễn phí cho giáo viên và trường học: dán mã này vào trang khóa học, LMS hoặc website của bạn. Sinh viên có thể dùng máy tính và lời giải từng bước mà không cần tài khoản.

Thêm máy tính