Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Phép biến đổi Laplace phép biến đổi có vai trò quan trọng giải tích Qua phép biến đổi Laplace, phép toán giải tích phức tạp đạo hàm, tích phân đơn giản hóa thành các phép toán đại số Nhờ số tính chất riêng mà biến đổi Laplace đặc biệt hữu ích giải phương trình vi phân thường, phương trình đạo hàm riêng, phương trình tích phân Phép biến đổi Laplace biến hàm gốc theo biến thành hàm ảnh theo biến Với phép biến đổi việc tìm hàm gốc thỏa mãn biểu thức chứa đạo hàm tích phân (nghiệm phương trình vi phân, phương trình tích phân, phương tình đạo hàm riêng) quy tính toán biểu thức đại số hàm ảnh Khi biết hàm ảnh ta sử dụng phép biến đổi Laplace ngược để tìm hàm gốc Ngoài ra, phép biến đổi Laplace nghiên cứu vật lý nhiều môn học khác Phương trình vi phân lĩnh vực quan trọng toán học Để giải trực tiếp loại phương trình nói chung khó, người ta sử dụng phép biến đổi Laplace để giải loại phương trình Để tiếp cận với lý thuyết hiểu biết phần ứng dụng nó, định hướng thầy hướng dẫn em chọn đề tài "Phép biến đổi Laplace ứng dụng việc giải phương trình vi phân thường" để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Toán giải tích Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu phép biến đổi Laplace ứng dụng việc giải phương trình vi phân trình thường Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu phép biến đổi Laplace phương trình vi phân thường Ứng dụng biến đổi Laplace việc giải phương trình vi phân thường Phương pháp nghiên cứu Tra cứu tài liệu, tổng hợp theo đạo thầy hướng dẫn để hoàn thành mục đích đặt Cấu trúc khóa luận Ngoài phần mở đầu, phụ lục, kết luận, tài liệu tham khảo khóa luận gồm: Chương Một số kiến thức chuẩn bị Chương Phép biến đổi Laplace Chương Ứng dụng phép biến đổi Laplace việc giải phương trình vi phân thường Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG MỘT SỐ KIẾN THỨC CHUẨN BỊ 1.1 Sơ lược giải tích phức 1.1.1 Số phức Định nghĩa Một số phức biểu thức dạng x  iy , x y số thực số i thỏa mãn i  1 Kí hiệu số phức z viết z  x  iy i gọi đơn vị ảo, x gọi phần thực, y phần ảo số phức z  x  iy Tập hợp số phức kí hiệu đồng với mặt phẳng Tập hợp số phức phép tương ứng: → z  x  iy   x, y   Một cách tự nhiên, người ta gọi Ox trục thực, Oy trục ảo Phép cộng phép nhân số phức thực cách thông thường phép toán tập hợp số thực với lưu ý i  1 Ta có: z1  z2   x1  x2   i  y1  y2  z1z2   x1  iy1  x2  iy2   x1x2  ix1 y2  iy1x2  i y1 y2   x1x2  y1 y2   i  x1 y2  y1x2  Với số phức ta xác định module số phức z z  x2  y2 Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp Số phức liên hợp z  x  iy x  iy kí hiệu z  x  iy  x  iy Không khó khăn ta kiểm tra Re z  zz zz ; Im z  2i z 2 z z, z  , với z  z z Số phức khác biểu diễn dạng cực z  rei với r  module,   gọi argument số phức z (argument số phức z xác định cách với sai khác bội 2 ) ei  cos  i sin  Do ei  nên r  z  góc hợp chiều dương trục Ox nửa đường thẳng xuất phát từ gốc tọa độ qua điểm z Nếu z  rei w  sei  zw  rsei (  ) 1.1.2 Hàm số biến số phức Cho hàm số f biến số phức z Khi ta viết dạng sau: f  z   u  x, y   iv  x, y  , u, v hàm số biến số thực Tính khả vi hàm số biến số phức Cho hàm số f xác định miền G  điểm z thuộc miền G , hàm f gọi khả vi điểm z tồn số phức   z  cho f  z  z   f  z     z  z  R (1.1) R  z  z Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp Khi đó,   z  gọi đạo hàm f z Hàm f gọi khả vi miền G f khả vi điểm miền G Hàm giải tích Cho hàm f xác định miền G z0  , z0  Khi hàm f gọi hàm giải tích điểm z0 hàm f khả vi lân cận điểm z0 Điểm mà hàm f không giải tích gọi điểm kì dị hay f gọi có điểm kì dị Nhận xét Hàm f  z  giải tích điểm z0 khả vi điểm Tuy nhiên điều ngược lại nói chung không Trên miền G mở hàm f  z  giải tích G f khả vi 1.1.3 Khai triển Laurent Tại cực điểm cấp n ta có hàm n  z   z  a f  z hàm giải tích miền z  a   ta khai triển thành chuỗi Taylor  z   k  z  a  k 0 k  k , f  z     z  a  ,  i 1, i  1,2 i 0 Như vậy, khai triển biết chuỗi Laurent, độ phân giải đơn giản điểm kì dị 1.2 Một số vấn đề phương trình vi phân Định nghĩa Phương trình vi phân phương trình chứa hàm cần tìm đạo hàm Nếu hàm cần tìm phụ thuộc vào Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp biến độc lập phương trình gọi phương trình vi phân thường Nếu hàm cần tìm phụ thuộc hai nhiều biến độc lập phương trình gọi phương trình vi phân đạo hàm riêng Trong khuôn khổ đề tài này, ta xét phương trình vi phân thường Phương trình vi phân thường có dạng tổng quát   n F x, y, y, y, , y   (1.2) F hàm xác định miền G không gian n2 gồm biến độc lập x y hàm biến độc lập đạo hàm cấp đến cấp n Cấp phương trình vi phân thường xác định cấp cao đạo hàm xuất phương trình Nếu từ phương trình (1.2) ta tìm biểu diễn đạo hàm cấp cao y  n  qua biến lại ta nói phương trình giải y  n  gọi phương trình dạng tắc, tức phương trình (1.2) có dạng :  n n 1 y    f x, y, y, , y   (1.3) Nghiệm phương trình (1.2) (1.3) hàm y  y  x  khả vi n lần khoảng  a, b  thỏa mãn phương trình với x thuộc khoảng  a, b  Đường cong y  y  x  , x   a, b  gọi đường cong tích phân phương trình cho Để giải phương trình vi phân ta dùng thuật ngữ ''tích phân phương trình vi phân'' Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp Bài toán Cauchy Bài toán tìm nghiệm y  y  x  phương trình (1.2) xác định khoảng  a, b  thỏa mãn điều kiện : y0  y  x0  , y0  y  x0  , , y0(n 1)  y ( n 1)  x0  (1.4) gọi toán Cauchy Điều kiện (1.4) gọi điều kiện ban đầu Vấn đề tồn nghiệm phương trình vi phân Định lý 1.1 (Tồn nghiệm) Cho phương trình vi phân cấp n dạng tắc:  n n 1 y    f x, y, y, y, , y   Nếu vế phải phương trình vi phân hàm liên tục n  biến miền đạo hàm riêng   n 1 chứa điểm x , y , y , , y  n 1 0 0  f f f , , , ( n) liên tục tồn khoảng  a, b  y y ' y chứa điểm x0 để khoảng tồn hàm y  y  x  khả vi n lần khoảng thỏa mãn điều kiện đầu (1.4) Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG PHÉP BIẾN ĐỔI LAPLACE 2.1 Phép biến đổi Laplace thuận 2.1.1 Hàm gốc Định nghĩa Hàm số biến số thực f  t  gọi hàm gốc thỏa mãn điều kiện sau đây:  i  f  t  liên tục khúc khoảng hữu hạn trục thực t  ii  f  t   t   iii  f  t  không tăng nhanh hàm số mũ, nghĩa tìm số M    cho với t ta có: f (t )  Me t Số  = inf   với tất số  thỏa mãn  iii  gọi tỷ số tăng f Ví dụ 2.1 Chứng minh hàm đơn vị sau hàm gốc 0 t  1 t   t    Giải Điều kiện  i   ii  rõ ràng thỏa mãn Đối với điều kiện  iii  ta lấy M  2;   có  (t )  2e0t  Vậy   t  hàm gốc Ví dụ 2.2 Chứng minh hàm số sau hàm gốc t t  f (t )  t  (t )   0 t  Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp Giải Điều kiện  i   ii  rõ ràng thỏa mãn Đối với điều kiện  iii  ta thấy et   t  Nên t  rõ ràng et  t2 t3   2! 3! t2 hay t  2et 2! Từ suy với t xảy đẳng thức: f (t )  t 2 (t )  2et có nghĩa điều kiện  iii  thỏa mãn với M  2;   Ví dụ 2.3 Hàm sau có phải hàm gốc hay không  t f (t )  e  (t )  e t  0 t  t2 Giải Điều kiện  i   ii  rõ ràng thỏa mãn Đối với điều kiện  iii  ta thấy rằng: Khi t  tồn tại M    cho 2 et  Me t  et  t  M t  Bất đẳng thức không xảy với t lớn lim t  Me t e t2   M ;  Do điều kiện  iii  không thỏa mãn hàm f (t )  et  (t ) không hàm gốc Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp 2.1.2 Định nghĩa phép biến đổi Laplace Cho hàm số gốc f  t  ta gọi hàm số phức F  p  biến số phức p    i xác định công thức sau đây:  F ( p)   f (t )e pt hàm ảnh hàm f  t  phép biến đổi Laplace hàm f  t  Kí hiệu L  f (t )  F ( p) Chú ý +) Hàm ảnh F ( p) xác định miền Re p  s  s0 hàm giải tích miền +) Còn chứng minh Re p  s   F ( p)  Cho nên hàm F  p  không thỏa mãn điều kiện hàm ảnh hàm gốc cả, chẳng hạn  ( p)  cos p hàm ảnh hàm gốc lấy p  2k k   ta có Re p  2k   , lim  ( p )  lim cos 2k   p  k  Tương tự dễ thấy hàm sin p, e p , p2  p2 ,  p, hàm ảnh hàm gốc Ví dụ 2.4 Tìm biến đổi Laplace hàm đơn vị Heaviside t t  f (t )  t  (t )   0 t  Vũ Thị Mai 10 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp Ví dụ 3.10 Tìm nghiệm phương trình vi phân y  t   y  t   y  t   9e 2t thỏa mãn điều kiện đầu y    0, y    3, y    Giải L  y  t   y  t   y  t    L 9e2t     p3Y  p   p y    py    y    pY  p   y    2Y  p      p3  p  Y  p    Y  p  p2  3p  p2 3 p  p   p  12  p  2 Dùng phương pháp đại số để phân tích vế phải thành tổng phân thức đơn giản ta được: Y  p    p  2  p  12  1  p  p 1 Tra bảng đối chiếu gốc - ảnh ta có     2t 1   te , L    tet L  2   p      p  1  1   t 1    t L1    e , L  p  1  e  p  2    Suy y  t   L1 Y  p    te2t  tet  e2t  et   t  1 e2t  e1  Vậy y  t   te2t  tet  e2t  et   t  1 e2t  e1   nghiệm cần tìm Vũ Thị Mai 46 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp 3.3 Nghiệm tổng quát Nếu điều kiện đầu không xác định cụ thể ta sử dụng biến đổi Laplace để tìm nghiệm tổng quát phương trình vi phân Ví dụ 3.11 Giải phương trình vi phân y '' y  et với điều kiện đầu tổng quát y    y0 , y    y1 Giải Biến đổi Laplace vế phương trình, ta có: p 2Y  p   py    y    Y  p   p 1  p2  1Y  p   py0  y1  1p Suy Y  p    p  1  p  1  py0 p2   y1 p2  Sử dụng đồng thức ta giải 1 p y p y Y  p    2  20  p 1 p 1 p 1 p 1 Sử dụng biến đổi ngược ta có 1 1   y  et   y0   cos t   y1   sin t 2 2   1 Đặt c0  y0  , c1  y1  , ta có nghiệm tổng quát phương 2 trình là: Vũ Thị Mai y  c0 cos t  c1 sin t  et 47 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp Ví dụ 3.12 Tìm nghiệm tổng quát phương trình y  y  y  et cos 2t Giải Giả sử y    y0 , y    y1 Ta có: L  y  t   y  t   y  t    L et cos 2t     p 2Y  p   py    y    pY  p   y    5Y  p      p2  p  Y  p    Y  p  p 1  p  1  p 1  p  12      y0 p 1  p  12   y0 p  y0  y1 p 1  p  1  4 y1  y0  p  12  Ta có :     t p  L1   te sin 2t 2   p  12         p 1  t   e cos 2t L    p  12   1   1   et sin 2t L1    p  1   Suy 1   y  t   L1 Y  p    tet sin 2t  et  y0 cos 2t   y1  y0  sin 2t    Đặt c1  y0 , c2  y1  y0 ta nghiệm tổng quát: y  t   tet sin 2t  et  c1 cos 2t  c2 sin 2t  Vũ Thị Mai 48 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp 3.4 Phương trình vi phân với hệ số hàm Phép biến đổi Laplace áp dụng để giải phương trình vi phân tuyến tính hệ số hàm số đa thức Xét phương trình vi phân tuyến tính sau: n n 1 a0  t  y    t   a1  t  y   t    an  t  y  t   f  t   (3.8)   t  , i  0, n đa thức t , bậc nhỏ n Gọi L  y  t    Y  p  Áp dụng tính chất đạo hàm hàm gốc ta tìm hàm ảnh đạo hàm y  t  sau    t  , i  0, n đa thức nên áp dụng tính chất đạo hàm ta tìm hàm ảnh số hạng vế phải phương trình (3.8) phương trình vi phân hàm ảnh Y  p  phương trình vi phân cấp nhỏ n Giải phương trình vi phân Y  p  tìm Y  p  sau biến đổi Laplace ngược L1 Y  p    y  t  tìm nghiệm y  t  Ví dụ 3.13 Tìm nghiệm tổng quát phương trình ty  t   y  t   (3.9) Giải Gọi L  y  t    Y  p  ta có L  y  t    pY  p   y   L  y  t    p 2Y  p   py    y   L ty  t     Vũ Thị Mai d  dY p Y  p   py    y      p  pY  y    dp  dp 49 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp Biến đổi Laplace thuận hai vế (3.9) ta  pY   pY  y    pY  y    Hay Y  y 0 Y p p2 (3.10) Đây phương trình vi phân tuyến tính cấp hàm ảnh Y  p  Giải ta Y  p  y   c1  p p y  t   L1 Y  p    y    c1 Biến đổi ngược ta được: t3 3! t3 Vậy y  t   y    c1 nghiệm cần tìm 3! Ví dụ 3.14 Tìm nghiệm riêng phương trình xy  t    x   y  y  2e  x cos x (3.11) x biến số , y ẩn hàm Giải Gọi L  y  x    Y  p  ta có d  pY  p   y  0    pY  p   y  0  dp    pY   p   Y  p   pY  p   y   L  x  2 y  L xy  y   L  y  p 2Y  p   py    y   L  xy   Vũ Thị Mai d  p Y  p   py    y      p 2Y   p   pY  p   y    dp  50 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp Do biến đổi thuận vế (3.11) ta phương trình hàm ảnh Y  p  sau  p 2Y   p   pY  p   y    pY   p   Y  p   pY  p   y    Y  p  2 p 1  p  12  Hay  p  p  1 Y   p   y     Y  p    p 1 p2  p  y 0 p 1 2 p  p  1 p p2  p    1  1 p2   Y  p    y 0         p p    p p  p   (3.12) Biến đổi Laplace ngược (3.12) ta tìm nghiệm y  x  ý L1 Y   p     xy    p2  p 1 1    e  x cos x  e  x sin x L1   L   2   p  1   p  1    p  2p  2  e  x  cos x  sinx  1   t L1    1, L1  e  p  p  1 Như biến đổi ngược (3.12) ta nhận đẳng thức    xy   y    e x  1  e x  cos x  sin x     Suy y  y    e x  e  x x  cos x  sin x  x nghiệm riêng cần tìm Vũ Thị Mai 51 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp PHỤ LỤC Bảng đối chiếu gốc - ảnh STT f t  F  p 1 p t t n e at te at t neat sin t cost sht 10 cht 11 Vũ Thị Mai p2 n! p n 1 pa  p  a 2 n!  p  a n 1  p  2 p p2    p  2 p p2    at e sin t  p  a 2   52 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp 12 e at cost 13 eat sht 14 eat cht pa  p  a 2     p  a 2   pa  p  a 2   2 p 15 t sin t  p2    p2   16 t cos t   p2     p2   2 p 17 tsht p2   18 tcht  p2    2  p  a  19 20 teat sin t  p  a 2       p  a 2   teat cost  p  a 2      2  p  a  21 Vũ Thị Mai teat sht  p  a 2      53 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp  p  a 2   22 teat cht 23 bt e sin at 24 ae  at  be bt  a  b 25 b   e bt  cos at  sin at  a   a2 27 a2  p  b 2  a  a  b  p  b 2  a e at  at  1 p  p  a  p  b    e  at  e bt   a  b  te bt     p p  a p  p  a  p  b   p  a 3 p 31 at t e 32  at  t 1   e at 2  33   at a  e  sin bt  cos bt  2 b  a b  Vũ Thị Mai p p p2  a2  e at  ate at  2 a  p  a  p  b  1  cos at  1 p 1  a  b  be  at   a  b  e bt   ab  a  b   29 30   26 28  p  a 2       p  a 3  p  a   p  b2  54 p  p  b   a    K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp 34 35 p  b    ebt  cos at  sin at   2 a   a b  1 a2  b2  ae  at  a cos bt  b sin bt  p  a   p  b2    p  a   p  b2  1 36 a 2eat  ab sin bt  b2 cos bt  2 a b 37 1 1   t  e at a a 2a a Vũ Thị Mai p2 55 p3  p  a  p  p  a K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Trên toàn nội dung khóa luận tốt nghiệp "Phép biến đổi Laplace ứng dụng việc giải phương trình vi phân thường" Khóa luận giải vấn đề đây: Mục đích khóa luận sử dụng biến đổi Laplace để giải phương trình vi phân thường Tuy nhiên để thực điều đó, trình bày số kiến thức số phức, giải tích phức, hàm số biến số phức Hệ thống hóa số kiến thức phương trình vi phân thường Trình bày cách hệ thống lý thuyết biến đổi Laplace gồm: Khái niệm tính chất phép biến đổi Laplace thuận, phép biến đổi Laplace ngược định lý Áp dụng biến đổi Laplace giải phương trình vi phân thường gồm: Phương tình vi phân với hệ số số, phương trình vi phân với hệ số hàm, nghiệm tổng quát Luận văn có tính chất tổng quan qua em bắt đầu làm quen với phương pháp nghiên cứu đặc thù làm rõ số nhận xét, ví dụ, giải số tập có hướng dẫn đáp số tài liệu sử dụng khóa luận Trong nghiên cứu hoàn thành đề tài thời gian hạn chế nên luận văn thiếu sót em mong nhận góp ý thầy cô giáo bạn sinh viên Vũ Thị Mai 56 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Đình Áng, Trần Lưu Cường, Huỳnh Bá Lân, Nguyễn Văn Nhân, Phạm Hoàng Quân (2002), Biến đổi tích phân, NXB Giáo dục Nguyễn Minh Chương, Hà Tiến Ngoạn, Nguyễn Minh Trí, Lê Quang Trung (2000), Phương trình đạo hàm riêng, NXB Giáo dục Nguyễn Thừa Hợp (2001), Giáo trình phương trình đạo hàm riêng, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội E.A Coddington (1989), An Introduction to Ordinary Differential Equations, Dover Publications, New York P.B Guest (1999), Laplace Transfroms and an Introduction to Distributions, Ellis Horwood Vũ Thị Mai 57 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy giáo, cô giáo tổ Giải tích bạn sinh viên khoa Toán trường Đại học sư phạm Hà Nội Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Khuất Văn Ninh tận tình giúp đỡ em trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Lần thực công tác nghiên cứu khoa học nên việc trình bày khóa luận không tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tác giả xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp thầy giáo, cô giáo bạn sinh viên Hà Nội, tháng năm 2013 Tác giả Vũ Thị Mai Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp em hoàn thành hướng dẫn PGS.TS Khất Văn Ninh với cố gắng thân Trong trình làm khóa luận, em kế thừa thành tựu nhà khoa học với trân trọng biết ơn Em xim cam đoan kết nghiên cứu riêng thân em, không trùng với kết tác giả khác Nếu sai em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng năm 2013 Tác giả Vũ Thị Mai Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG MỘT SỐ KIẾN THỨC CHUẨN BỊ 1.1 Sơ lược giải tích phức 1.2 Một số vấn đề phương trình vi phân CHƯƠNG PHÉP BIẾN ĐỔI LAPLACE 2.1 Phép biến đổi Laplace thuận 2.2 Phép biến đổi Laplace ngược 24 CHƯƠNG ỨNG DỤNG CỦA PHÉP BIẾN ĐỔI LAPLACE TRONG VIỆC GIẢI PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN THƯỜNG 35 3.1 Phương pháp chung 35 3.2 Giải phương trình vi phân tuyến tính với hệ số số 38 3.3 Nghiệm tổng quát 47 3.4 Phương trình vi phân với hệ số hàm 49 PHỤ LỤC 52 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Vũ Thị Mai K35D - SP Toán [...]... không đòi hỏi F  p  là phân thức hữu tỷ, cho nên cách này được áp dụng đối với trường hợp F  p  là phân thức hữu tỷ và cả trường hợp F  p  là một hàm khác nhưng phải khai triển được thành chuỗi dạng (2.21) tại lân cận điểm p   Vũ Thị Mai 34 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA PHÉP BIẾN ĐỔI LAPLACE TRONG VI C GIẢI PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN THƯỜNG 3.1 Phương pháp chung 3.1.1... luận tốt nghiệp Giải Biến đổi Laplace của  là:  F ( p)   e pt dt   0 1  pt e p  0 với Re p  0 Ví dụ 2.5 Tìm biến đổi Laplace của hàm số f (t )  e t Giải Biến đổi Laplace của f  t  là:    t  pt F ( p)   e e dt   e(  p )t dt  0 0 1 (  p )t e p  0  1 1  ,   p p  với Re(  p)  0 Ví dụ 2.6 Tìm biến đổi Laplce của hàm số f (t )  t Giải Biến đổi Laplace của f  t... Khóa luận tốt nghiệp 2.2.3 Tính không chỉnh của biến đổi Laplace ngược Bài toán tìm hàm gốc của F có thể xem như bài toán giải phương trình tích phân sau đây:  e  pt f  t  dt  F  p  (2.16) 0 Af  g Xét phương trình toán tử: trong đó A là toán tử từ L2   vào L2 (2.17)    định bởi  Af  p   e pt f  t  dt 0 Bài toán tìm f thỏa mãn phương trình (2.17) là bài toán không chỉnh vì có thể... liên tục trên  0,  và thỏa mãn  L  f  t    F  p    e pt f  t  dt 0 Kí hiệu biến đổi Laplace ngược là L1[f (t )]  f (t ), t  0 Biến đổi Laplace ngược có ý nghĩa quan trọng trong thực hành và cũng có rất nhiều cách khác nhau để tìm chúng, ở đây ta xem xét tới các hàm phân thức của 2 đa thức dạng F  p   r  p ở đó r  p  và h  p  h p có hệ số thực và không bằng nhau  Khi...  e 0 n  pt e ht  1 lim    tf  t  e pt dt ht h 0 0 Theo định lý Weierstrass hàm f cũng giải tích trên miền Re p   0 2.1.3 Các tính chất của phép biến đổi Laplace Tính chất 2.1 Tính chất tuyến tính Cho hàm gốc f k có các chỉ số tăng là  k , biến đổi Laplace là Fk , k  1,2 Khi đó biến đổi Laplace của hàm tổ hợp tuyến tính của các hàm f k Vũ Thị Mai 12 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp... chế vi c đề cập tới các hàm liên tục trên  0,  thì biến đổi ngược L1  F  p    f  t  , là xác định duy nhất Biến đổi Laplace ngược cũng có tính chất tuyến tính, tức là: L1  aF  p   bG  p    af  t   bg  t  với L1  F  p    f  t  , L1  G  p    g  t  Điều này được suy ra từ tính chất tuyến tính của L và đẳng thức được xác định trong miền chung của F và G... i 0 x  i Trong định lý này ta đã rút công thức Mellin từ giả thiết F là biến đổi Laplace của một hàm gốc nào đó Vấn đề đặt ra là F phải thỏa mãn Vũ Thị Mai 27 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp các điều kiện gì để có thể là biến đổi Laplace của một hàm gốc nào đó, ta có định lý dưới đây mà phần chứng minh được bỏ qua Định lý 2.5 Cho hàm F thỏa mãn các điều kiện sau: i  F giải tích trong miền Re... không phụ thuộc liên tục vào g , sự nhiễu rất nhỏ của g có thể dẫn đến sự nhiễu lớn của f Định lý 2.7 Giả sử g  g   (2.18) f  Au , u  L2 và 1 1 u Khi đó f  f 2    2    (2.19) 1 2 2   2  (2.20) 2.2.5 Một số phương pháp tìm hàm gốc Muốn tìm hàm gốc f  t  khi biết hàm ảnh F  p  có thể dùng các phương pháp sau: (1) Áp dụng tính chất của phép biến đổi Laplace a Theo tính chất... e d 0 Giải Theo định nghĩa về tích chập ta có: t   t     t    e d  t  e 0 Mà L  t   Vũ Thị Mai 1 p ; 2 1 L  et     p 1 23 K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp 1 1 Nên theo định lí nhân Borel ta có L   t    L t  e   2   p p 1 Vậy ảnh của hàm   t  là F  p   1 1 p p 1 2 2.2 Phép biến đổi Laplace ngược 2.2.1 Định nghĩa và ví dụ Định nghĩa Biến đổi Laplace. .. Các phương pháp phân tích phân thức hữu tỷ thực sự thành tổng của các phân thức đơn giản Quy tắc: Cho hàm ảnh F  p   A p  là một phân thức thực sự, B p muốn tìm hàm gốc của nó ta làm như sau: + Phân tích F  p  thành tổng của các phân thức đơn giản  Ap  B  p 2  2bp  c  Loại 2:  Ap  B   p 2  2bp  c   A pa  Loại 1:  A    p  a n   2 + Sau đó tìm hàm gốc của từng phân ... cứu phép biến đổi Laplace ứng dụng vi c giải phương trình vi phân trình thường Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu phép biến đổi Laplace phương trình vi phân thường Ứng dụng biến đổi Laplace vi c giải. .. Phép biến đổi Laplace Chương Ứng dụng phép biến đổi Laplace vi c giải phương trình vi phân thường Vũ Thị Mai K35D - SP Toán Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG MỘT SỐ KIẾN THỨC CHUẨN BỊ 1.1 Sơ lược giải. .. gọi phương trình vi phân thường Nếu hàm cần tìm phụ thuộc hai nhiều biến độc lập phương trình gọi phương trình vi phân đạo hàm riêng Trong khuôn khổ đề tài này, ta xét phương trình vi phân thường