拉氏变换习题课

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拉普拉斯变换、复频域分析习题课

拉普拉斯变换、复频域分析习题课

拉普拉斯变换、复频域分析习题课1. 求下列函数的拉氏变换。

(1)1at e-- (2)sin 2cos t t + (3)2t te - (4)sin(2)t e t -(5)(12)t t e -+ (11)1()t t e e αββα---- (13)(2)(1)t te u t --- (15)()ta t e f a-,设已知[()]()L f t F s = 解:(1)11[1]()at a L e s s a s s a --=-=++ (2)2221221[sin 2cos ]111s s L t t s s s ++=+=+++ (3)221[](2)t L te s -=+ (4)22[sin(2)](1)4t L e t s -=++ (5)23[(12)](1)ts L t e s -++=+ (11)11111[()]()()()t t L e e s s s s αββαβααβαβ---=+=--++++ (13)由于(2)(1)(1)(1)[(1)](1)t t t teu t e t e e u t -------=-+- (15)[()](1)ta t L e f aF as a-=+2求下列函数的拉氏变换,注意阶跃函数的跳变时间。

(1)()(2)tf t e u t -=- (2)(2)()(2)t f t e u t --=- (3)(2)()()t f t e u t --= (4)()sin(2)(1)f t t u t =-(5)()(1)[(1)(2)]f t t u t u t =----解:(1)因为(2)2()(2)t f t ee u t ---=-,所以 222(1)11[()]11s s L f t e e e s s ---+==++ (2)21[()]1s L f t e s -=+ (3)因为2()()t f t e e u t -=,所以2[()]1e Lf t s =+ (4) ()sin[2(1)2](1) {sin[2(1)]cos 2cos[2(1)]sin 2}(1)f t t u t t t u t =-+-=-+-- 2222cos 2sin 22cos 2sin 2[()]()444s s s s L f t e e s s s --+=+=+++ (5)()(1)(1)(2)(2)(2)f t t u t t u t u t =-------222221111[()][1(1)]s s s s s L f t e e e s e e s s s s-----=--=-+ 3求下列函数的拉普拉斯逆变换。

高教社(亢莹利)高等数学习题集(第三版)教学课件-拉氏变换的应用

高教社(亢莹利)高等数学习题集(第三版)教学课件-拉氏变换的应用

解 设 L y t Y s ,对方程两边取拉氏变换
s2Y s sy0 y0 9Y s 0 ,
代如入初始条件得
s2Y s 2s 4 9Y s 0 ,
Y
s
2s s2
4 9
2s s2
9
4 s2
9
.
取拉氏逆变换得
y
L1
Y
s
2L1
s2
s
9
4 3
L1
s2
3
9

于是,得到方程的解 y 2cos3t 4 sin3t (t 0) . 3
sX s x0 Y s 0.
代入初始条件得,
s2 1 X s 2sY s 1 0,
sX s Y s 0.
解方程组得,
X
s
1 ,
s2 1
Y
s
s
2
s
1
.
取拉氏逆变换,得特解为
x t sin t,
y
t
cos
t.
课堂练习
§7.3.4拉氏变换的应用
1.用拉氏变换解下列微分方程
知识巩固
§7.3.4拉氏变换的应用
例 11 求方程 y y 1 , y 0 y0 0 的解.
解 设 L y t Y s ,对方程两边取拉氏变换,得
s2Y
s
sy
0
y
0
Y
s
1 s

(s2 1)Y (s) 1 , s
Y (s)
1 s(s2 1)

1 s , s s2 1
取拉氏逆变换,得
y(t)
L yt 3y t L0 ,
由线性性质,
L yt 3L y t 0 ,

拉氏变换习题解答

拉氏变换习题解答

2b
3b 4b
Sb :
(1) 由图易知八)是周期为 b 的函数且在一个周期内的表达式为
由 公式
(2) 已知 .f(t) 是周期 T= 冗的周期函数在一个周期内
由公式

4a
-1
八) = t,
o::; t < b
& [/'(t)] = 1-:-bs
l。>e-st dt = 1_ : -bs [-~te-bf : -(-~)l。~ e-''dt]
(8)& [ /
(Res >0)
(t)] = l厂sin2 t -e-stdt=½ 厂(l -cos 2t~-s'dt
= ½(I。如 e-s'dt-i厂cos2t · e-stdt) = ½( } - s2 :4 )= s(s/+ 4)
2. 求 下列函 数的 拉 氏变换
(Res> 0)
(I)几)={一I,
e
-(s+ 2)t
- (s + 2)
Io

=
t s+2
o
( Res > - 2)
s2 。
-st l = — = -— s3 e t= O s2
2

2
( Res> 0)
}
+oo
0
sin2te-stdt= - f [ e-(s-2i)t _ e一(s+2i)t] dt 4i 0 - , :2;) = s'~4 (Re, >0)
& [八)] = I = l - ,-, ·1
, _ ;-2芯 I。“心 s'dt = I 一 ;立心 fJin t 产dt

积分变换_(Laplace)课件与习题

积分变换_(Laplace)课件与习题
5
§1 Laplace变换的概念
设指数衰减函数
(t
)
0, e
t
,
t0
( 0).
t0
考虑 f t t ,,有 f t u t =f t t 0.
若存在 0,使 lim et f t =0,则 + et f t dt .
t
-
那麽 f t u t et的傅氏积分总是存在的。
F [ f (t)u(t)et ] f (t)u(t)ete jtdt
L[ f (t)] F s f (t)estdt 0
f (t)称为F (s)的Laplace逆变换,记为f (t) L1[F (s)]. F (s)称为象函数,f (t)称为象原函数.
8
例1
求单位阶跃函数
u(t)
0 1
t 0 的拉氏变换. t 0
根据拉氏变换的定义, 有
L[u(t)] estd t 0

smL
t m
1 s
m!
L
t m
1 s m1
m!
(Re(s) 0).
26
练习: 求 f (t) cost 的Laplace变换.
解 因为
参见上节例3, 与这里方法不同
f (0) 1, f (0) 0, f (t) 2cost,
根据 微分性质 和线性性质
[2 cost] s2 [cost] sf (0) f (0),
对正整数n, 有
L[f
2
(n)
[(ct )o]sstn]F(
s2
s)
[scnos1
t] s,
f (0)
f (n1)(0).
所以
特[c别os地,t] 当sf2

拉普拉斯变换1例题及详解

拉普拉斯变换1例题及详解

2021/11/7
自动控制原理
17
6 拉普拉斯反变换
一. 由象函数求原函数
f(t)=L-1[F(s)]
(1)利用公式
f (t) 1
j
F
( s)e st ds
2j j
(2)经数学处理后查拉普拉斯变换表
t0
F(s) F1(s) F2(s) Fn(s) f (t) f1(t) f2(t) fn(t)
2021/11/7
I(s) R
u=Ri
U(s) RI(s)
U(s)
-
uL
L
diL dt
IL(s) sL
UL(s)
UL (s) sLIL (s)
1
uC C
t
0 iC dt
I C(s)1/sC
自动控制原理
UC(s)
UC(s)
1 sC
IC (s)
26
作业: 求拉普拉斯变换
1. f (t) 0.5(1 cos3t)
L[ f (t t0 )u(t t0)] est0 F (s)
2021/11/7
自动控制原理
12
例1: f(t) 1
Tt 例2: f(t)
T
f (t) u(t) u(t T )
F(s) 1 1 esT ss
f (t) t[u(t) u(t T )]
T
f (t) tu(t) (t T )u(t T ) Tu(t T )
2
2021/11/7
自动控制原理
22
3.F2 (S )有相等的实根(重根)
F(s)
F1(s) (s s1)2
k1 s s1
k2 (s s1)2
F(s)(s s1)2 k1(s s1) k2

长春理工大学机电学院机械工程控制基础课题习题及总结.

长春理工大学机电学院机械工程控制基础课题习题及总结.
R ( s ) L[r (t )] 4 6 6 2 3 s s s
(3-5)
把式(3-5)代入到式(3-4)中,求得系统的稳态误差 e ss 4.图题为由穿孔纸带输入的数控机床的位置控制系统方块图,试求 (1)系统的无阻尼固有频率和阻尼比。 (2)单位阶跃输入下的超调量和上升时间。 (3)单位阶跃输入下的稳态误差。 (4)单位斜坡输入下的稳态误差。
12、证明 9.下面两系统是相似系统。
C R1
k1 R2 U0
C
x(位移) i
Ui
k2
b
x0(位移)
a
解:a:
i1
ui uo R1
ui uo
u 1 i 2dt i o c R2
由i=i1 +i2 ,
uo ui uo i u o) c(u R2 R1
R 1R 2CsU o R 2 U o R 1U o R 1R 2CsU i R 2 U i G(s)
f (t ) sin(5t

3
)
1 3 cos 5t 解: f (t ) sin(5t ) sin 5t cos cos 5t sin sin 5t 3 3 3 2 2 F (s) 5 3s 5 3s 2 2 2( s 25) 2( s 25) 2 s 50
调整时间 t s : t s
ln 100 ln
n
当 5 时, t s 6( s ) ; 当 2 时, t s 8( s ) 3.图题所示系统,当输入 r (t ) 态误差。
10t 和 r (t ) 4 6t 3t 2 时,求系统的稳
解:系统的稳态误差

8复变函数课后题答案(中国石油大学)

8复变函数课后题答案(中国石油大学)

习题八答案 1. 求下列函数的拉氏变换:(1) 3,,2()cos ,;2t f t t t ππ⎧<⎪⎪=⎨⎪≥⎪⎩ 解:由拉氏变换的定义知:22220231[()]3cos 1.1s s st stL f t e dt etdt e e s s ππππ+∞−−−−⎛⎞=+=−−⎜⎟+⎝⎠∫∫(2) ()cos ()sin ().f t t t t u t δ=⋅−⋅解:由拉氏变换的定义以及单位脉动函数的筛选性质知:0202221[()]cos ()sin ()cos |111.11st st st t L f t t t e dt t u t e dt t e s s s s δ+∞+∞−−−==⋅⋅−⋅⋅=⋅−+=−=++∫∫2. 求下列函数的拉氏变换:(1)2()1;f t t =−解:由拉氏变换的线性性质知:2332!121[()][][1].L f t L t L s s s s=−=−=− (2) ()1;tf t te =−解:由拉氏变换的线性性质和位移性质知:211[()][1][].(1)t L f t L L te s s =−=−− (3) ()cos ;f t t t =解:法一:利用位移性质。

()cos .2it ite ef t t t t −+==由拉氏变换的位移性质知:222211111[()][][].222()()(it its L f t L te L te s i s i s −⎡⎤−=+=+=⎢⎥−++⎣⎦211) 法二:利用微分性质。

令 则()cos ,g t t =2221()[()],'().1(s s G s L g t G s s s −===++21) 由拉氏变换的微分性质知:[cos ][()]'().L t t L tg t G s ==−即 2221[()].(1)s L f t s −=+ (4) 2()sin 6;tf t et −=解:因为 26[sin 6],36L t s =+ 故由拉氏变换的位移性知:26[()].(2)36L f t s =++ (5) 2()cos ;f t t = 解:1cos 2().2tf t +=故22211112[()][][cos 2].22224(4)s s L f t L L t s s s s +=+=+⋅=++ (6)()(1);tf t u e −=−解:因为1,10(1),0,10ttte u e e −−−⎧−>⎪−=⎨−<⎪⎩ 即: 1,0(1).0,0t t u e t −>⎧−=⎨<⎩ 故01[()]1.st L f t e dt s+∞−=⋅=∫(7) 2()(1);tf t t e =−解:22()(1)2.ttttf t t e t e te e =−=−+ 法一:利用拉氏变换的位移性质。

积分变换_(Laplace)课件与习题

积分变换_(Laplace)课件与习题
2
当函数f (t)在t<0时没有定义或者不需 要知道时, 可以认为当t<0时, f (t)0. 这时, Fourier变换的表达式为
[ f (t )] f (t )eitdt. 0
但是仍然需要f (t)在[0, )上绝对可积的条件,
这个要求限制了它的应用.
对定义在 [0,) 上的函数 f (t), 如果考虑
L[sin kt] sin kt estd t 0 1 (e jkt e jkt ) estd t 2j 0
j e(sjk)td t e(sjk)td t
20
0
j
2
s
1 jk
s
1 jk
s2
k
k2
,(Re(s)>0)
k L[sin kt] s2 k 2
5
§1 Laplace变换的概念
设指数衰减函数
(t
)
0, e
t
,
t0
( 0).
t0
考虑 f t t ,,有 f t u t =f t t 0.
若存在 0,使 lim et f t =0,则 + et f t dt .
t
-
那麽 f t u t et的傅氏积分总是存在的。
F [ f (t)u(t)et ] f (t)u(t)ete jtdt
0
0
这个积分在Re(s)>k时收敛, 而且有
e(sk )td t 1 e (sk )t 1
0
sk
0 sk
所以 L[ekt ] 1 (Re(s) k). sk
其实k为复数时上式也成立, 只是收敛区间为
Re(s)>Re(k)
10
练习: 求单位斜坡函数
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2.( 4 )因为L f ( t) = F ( s) , 由相似性质,有 t L f = aF ( as) a 在利用位移性质, - at t L e f = aF ( as)|s→s+ a s→s+ a = aF ( a(s+ a)
3.
(1)因为(由位移性质)L
s + w0
2 2
|s=β +iw =
β + iw
(β + iw) + w0
2 2
5) f (t ) = e u(t t0 )
iw0t
解: (e u(t t0 ) = F(u(t t0 ) |w→ww ) ) F
iw0t
0
1 ) = e ( + πδ(w)|w→ww iw 1 it ( ww ) ( =e + πδ(w w0 )) i(w w0 )
s2t
s s 1 11 s =L 2 2 2 (10) L 2 2 ( s +1)( s + 4) 3 s +1 s + 2 1 1 s 1 1 s 1 1 L 2 L 2 2 = cost cos2t 3 3 s +1 3 s + 2 3
p100 3.( 2) L
)=
)
u
(t)
L
( f(t)) = L
1 ( u (t)) = s
i 1 snt 2.(1)因为 ct , , L = ar an s 所以由相似性质 有 t 1 1 ar an , ct s a a 1 snat 1 i a 即 L ct = aar an s, a t i a snat 所以 L ct = ar an s t i snat L = at
L ( f (at b)u(at b)) =
解: L ( f (t )) = F(s) 设 L ( f (at b)u(at b)) 1 = L ( f (t b) u(t b)) | s s→ a a 1 bs 1 = (e F(s)) | s = (e s→ a a a
bs a
s F( )) a
1
s = L s+ 2
-1
2 - 2t ( 1 =δ t) - 2e s+ 2
2
2 d s 1 s 1 1 -1 -1 p100 3.( 6) L l 2 = - L ln 2 n s t ds s 2s 2s 1 -1 =- L 2 2 ( s - 1) s t 1 2 1 -t t 1 -1 1 + = - ( e + e - 2) =- L t s +1 s 1 s t
it0w
0 0 0
6) f (t ) = e tu(t )
iw0t
F 解: (e tu(t ) = F(tu(t ) |w→ww ) )
iw0t
0
1 )′ = i( + πδ(w) |w→ww iw 1 =( + πiδ ′(w w0 )) 2 (w w0 )
0
p92 1. 6 ) L f( t) = 5L [ s n2t] - 3L [cos ] i 2t ( 2 s = 5× 2 - 3× 2 s+4 s+4
1 所以x( t) = u ( - t) e2 t - u ( t) e-2 t + u ( t) e- t - u ( - t) et 3 1 2t t 3 ( e - e ) t< 0 = 0 t= 0 1 ( e- t - e-2 t ) t> 0 3
iat
F (cosat) = π (δ (w + a) + δ (w a)) F (sinat) = iπ (δ (w + a) δ (w a))
a L (sinat) = 2 2 s +a s L (cosat) = 2 2 s +a
P51 EX5. 求下列函数的付利叶变换 求下列函数的付利叶变换:
2 2
3) f (t ) = e
β t
cosw0t u(t )
cosw0t u(t ) = )
iwt
F e 解: (
=∫ e
∞ +∞ 0 +∞ β t
β t
cosw0t u(t )e
( β +iw)t
dt
= ∫ cosw0t e
dt
= L (cosw0t ) |s=β +iw =
β + iw
0 0
0
2) f (t ) = e
解: (e F =∫ e
∞ +∞ 0 +∞ β t
β t
sinw0t u(t )
sinw0t u(t ) = )
iwt
β t
sinw0t u(t )e
( β +iw)t
dt
= ∫ sinw0te w0 s + w0
2 2
dt
= L (sinw0t ) |s=β +iw = |s=β +iw = w0 (β + iw) + w0
1 L (1) = s
F (1) = 2πδ(w)
1 F (u(t )) = πδ(w) + iw F (δ (t )) = 1
L L L L
1 (u(t )) = s (δ (t )) = 1 1 at (e ) = s a m! m (t ) = m+1 s
F (e ) = 2πδ(w a) m m ( m) F (t ) = 2π i δ (w)
1+ e- 2 s e- 2 s 1 1 1 所以L = L 2 + L 1 2 L 2 s s s 1 1 = t u ( t 2) L 2 |t→t- 2 = t u ( t 2)( t 2) t→ts
p1 0 5
3.
L
s 1 ( s2 + a 2 s s2 + a 2 )(
t
(1) 利用象函数的微分性质,有
i s nkt ∞ L i = ∫s L [ s nkt] ds= t ∞ s s k s∞ π ∫s s2 + k2 ds= arctan k |s = 2 - arctan k = arccotk
e- 3tsn2t ∞ i e- 3tsn2t ds i ( 2) L = ∫s L t ∞ 2 s+ 3 =∫ ds= arccot 2 2 s ( s+ 3) + 4 2
∞ F ( s) dt ( 3 ) f ( t ) = tL ∫s ∞ 1 s 1 = t L -1 ∫ ds = t L -1 2 2 s ( s2 - 1 ) 2 ( s - 1)
-1
= tL
-1
1 1 1 1 t t = ( e - e- t ) 4 ( s - 1) 4 ( s + 1) 4
p65 5
-t 1) x' t) - 4 ∫ x ( t) dt= e ( ( -∞ -t
t
-t ∞
解: F e = =

0

-∞
e e
- t -i t ωt ω
dt=

0
-∞
ee
ωt t -i t ω
dt+

0
ωt e- te- iωtdt

∞ - (1- i )t ω
0
e
dt+

∞ - (1+ i )t ω
1) f (t ) = sinw0t u(t )
e sin ) 解:F( w0t u(t ) = F(
0
iw0t
e 2i
iw0t
u(t ) )
1 = {F(eiw t u(t ) F (eiw t u(t ) } ) ) 2i 1 1 1 1 } } = { + πδ(w)|w→ww { + πδ(w)|w→w+w 2i iw 2i iw w0 πi = 2 + (δ(w + w0 δ(w w0 ) )) 2 2 w0 w
1+ e- 2 s 1 (13) L 2 s 1 e- 2s 1 = L 2 + 2 = L s s 由延迟性质:L
1
1 1 2 + L s
e- 2s 1 s2
e- sτF ( s) = f( t-τ u ( t-τ ) ) 1 = u ( t τ ) L F ( s) |t→t-τ t→t-τ
)
2
=
L
1 a 1 a ( s2 + a 2
1 = sin at * co sat ) a
1 t = τ ∫ = ∫ 0 [sin at + co s( 2 aτ - at) ]d τ 2a t = sin at 2a
1 -1 ( 3 ) f ( t) = - L F'( s) , t 1 - 1 d s+ 1 所 以 f ( t) = - L l n t ds s- 1 1 -1 1 1 1 -t t =- L = - t(e - e ), t s+ 1 s- 1
te- 3ts n2t ( 4)由积分性质,L ∫0 i dt 1 1 4 ( s+ 3) - 3t = L t s n2t = e i 2 2 s s s+ 3 + 4 ( )
ω 2i ω 2i 2 2 4 + ω 1+ ω 1 1 1 1 1 1 = F + 3 ω 2+ i ω 1+ i ω 1- i ω 2- i
1
1 x ( t) = F 3
F
1
1 -βt = u ( t) e-βt, F β+ i ω
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