CONVOLUCIÓN Y FUNCIÓN ESCALÓN UNITARIO
Apunte
EDO Laplace Convolución Escalón
Convolución:
f(x)∗g(x)=∫0xf(t) g(x−t)dt
Convolución para t. de Laplace:
L[ f(x) g(x) ]=No existe formula
L−1[ F(s) G(s) ]=∫0xf(t) g(x−t)dt=f(x)∗g(x)
Teorema de la convolución:
L[ f(x)∗g(x) ]=L[f(x)] L[g(x)]=F(s) G(s)
Función escalón unitario
También conocida como función de Heaviside
u(x)={01x<0x≥0
Entonces:
u(x−c)={01x<cx≥c
Teorema:
L[u(x−c)]=s1e−cs
Traslaciones
u(x−c) f(x−c)={0 f(x−c)x<cx≥c
Traslación o desplazamiento de la función f(x) por c unidades en la dirección x positiva
Teorema:
L[ u(x−c) f(x−c) ]=e−csF(s)∣F(s)=L[ f(x) ]
Para la inversa:
L−1[ e−csF(s) ]=u(x−c) f(x−c)={0 f(x−c)x<cx≥c
Ejercicios
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Calcular:
L[et∗t2]
Utilice convolución, luego el teorema
Solución 🎁
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Para la convolución
et∗t2=t2∗et=∫0t(x2)(et−x)dx=∫0tx2ete−xdx=et∫0te−xx2dx
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integrando por partes
∫udv=uv−∫vdu
∫e−xx2dx=(x2)(−e−x)−∫(−e−x)(2x dx)
x2(−et−x)0t+(2et)∫0te−xxdxx2(−et−x)0t=(−et−tt2)−(02(−et−0))=−t2−t2+(2et)∫0te−xxdx∫e−xdx=(x)(−e−x)−∫(−e−x)(dx)−t2+(−2xet−x)0t+2et∫0te−xdx(−2xet−x)0t=(−2tet−t)−(−2(0)et−0)=−2t−t2−2t+2et∫0te−xdx−t2−2t+(2et−x)0t−t2−2t+(2et−2)
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Laplace
L[−t2−2t−2+2et]
−L[t2]−2L[t]−L[2]+2L[et]−s32−s22−s2+s−12−s32−s22−s2+s−12=s3(s−1)−2(s−1)−2s(s−1)−2s2(s−1)+2s3=s3(s−1)2L[et] L[t2]=s−11⋅s32=s3(s−1)2
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Encontrar:
f(x)∗g(x)Cuandof(x)=e3x∧g(x)=e2x
Solución 🎁
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Se tiene que:
f(t)=e3t∧g(x−t)=e2(x−t)
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Finalmente:
e3x−e2x
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Encontrar:
L−1[ s2−5s+61 ]
Usar convoluciones
Solución 🎁
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Se tiene:
s2−5s+61=(s−3)(s−2)1=s−31⋅s−21
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Entonces:
L−1[ s2−5s+61 ]=f(x)∗g(x)=e3x∗e2x
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Finalmente:
e3x−e2x
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Graficar:
f(x)=u(x−2)−u(x−3)
Solución 🎁
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Se tiene:
u(x−2)={01x<2x≥2
u(x−3)={01x<3x≥3
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Entonces:
f(x)=u(x−2)−u(x−3)=⎩⎨⎧0−0=01−0=11−1=0x<22≥x<3x≥3
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Graficar:
f(x)=5−5u(x−8)∣x≥0
Solución 🎁
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Se tiene:
5u(x−8)={05x<8x≥8
5={55x<8x≥8
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Encontrar L[ g(x) ]:
g(x)={0 (x−4)2x<4x≥4
Solución 🎁
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Se define:
f(x)=x2
g(x)=u(x−4) f(x−4)=u(x−4)(x−4)2L[ f(x) ]=F(s)L[ f(x) ]=F(s)=s32L[ g(x) ]=L[ u(x−4)(x−4)2 ]L[ g(x) ]=L[ u(x−4)(x−4)2 ]=e−4ss32