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Transformada de Laplace

1. Introducción

2. Definición de transformada de Laplace

3. Condiciones suficientes para la existencia de la transformada de Laplace

4. Transformada de algunas funciones

5. Propiedades

6. Función Gamma

7. Tabla de transformadas de Laplace

8. Expresión de una función definida por tramos en términos de la paso unitario

9. Transformada de la función paso unitario desplazada

10. Evaluación de integrales impropias

Introducción

Una forma de evaluar integrales impropias es hacerlo por comparación con una integral conocida cuyo valor se puede calcular fácilmente. En este material se estudian dos casos particulares de integrales impropias, a saber,

en ambos casos se evalúa la integral impropia por medio de una de éstas y en algunos casos puede hacerse por las dos.

El estudio de la transformada de Laplace es muy importante, pues su uso convierte funciones habituales trascendentes, como funciones, sinúsoidales amortiguadas y exponenciales, en funciones algebraicas.

El método de la transformada de Laplace es una vía para la solución de ecuaciones diferenciales lineales y sistemas de ecuaciones diferenciales lineales que constituyen los modelos matemáticos más frecuentes en la representación matemática de problemas de circuitos

Definición de transformada de Laplace

s, parámetro que puede ser un número real o un número complejo. En este semestre lo usamos como número real.

Así, f(t) se reemplaza por F(s). La ventaja de esta operación radica en que bajo ciertas circunstancias se pueden reemplazar funciones complicadas por otras más simples.

Convenio: usar la misma letra mayúscula y minúscula.

En la definición se expresa "siempre que la integral converja" por lo que deben imponerse condiciones sobre f que resulten suficientes para poder asegurar la convergencia de la integral. Estas condiciones aunque no son necesarias, serán suficientes para trabajar con funciones f(t) de la variable t

Condiciones suficientes para la existencia de la transformada de Laplace

Cuando se estudió integración se tuvo en cuenta que una razón por la cual puede diverger una integral es porque la función tenga discontinuidades infinitas en el intervalo de integración. Por este motivo para asegurar la convergencia de la integral se establece:

• 1. f(t) seccionalmente continua (continua a trozos) para t 0.

La mayoría de las funciones con las que se trabaja en los problemas físicos satisfacen esta condición

Definición:

Sea A la clase de las funciones que satisfacen las siguientes condiciones:

• 1) f(t) = 0 para t < 0

• 2) f es seccionalmente continua para t 0

• 3) f es de orden exponencial p.

L puede considerarse como una operación que transforma una clase de funciones en otra. El operador L es lineal.

A las funciones f que satisfacen las tres condiciones anteriores suelen llamárseles funciones objetos mientras otros autores las denominan Laplace-transformables.

Puesto que la integral impropia que define la transformada, si existe, puede converger a una función solamente, es obvio que L [f(t)], si existe, es única.

Teorema:

Es decir, todas las funciones que cumplen las condiciones suficientes establecidas anteriormente poseen transformada de Laplace. Además existen muchas funciones que tienen transformada aunque no cumplen las condiciones 1, 2 y 3.

Transformada de algunas

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