Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Laplace à
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Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Laplace à
Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Laplace à la résolution d’équations différentielles Lycée Victor Hugo - Besançon - STS 2 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de I. Résolution d’équations différentielles Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de I. Résolution d’équations différentielles D’une manière générale, on procède en trois étapes : Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de I. Résolution d’équations différentielles D’une manière générale, on procède en trois étapes : 1 Passage du système d’équations différentielles à un système algébrique grâce à la transformée de Laplace. Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de I. Résolution d’équations différentielles D’une manière générale, on procède en trois étapes : 1 Passage du système d’équations différentielles à un système algébrique grâce à la transformée de Laplace. 2 Résolution du système algébrique pour obtenir les transformées de Laplace des solutions. Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de I. Résolution d’équations différentielles D’une manière générale, on procède en trois étapes : 1 Passage du système d’équations différentielles à un système algébrique grâce à la transformée de Laplace. 2 Résolution du système algébrique pour obtenir les transformées de Laplace des solutions. 3 Retour aux solutions du systèmes différentielles à l’aide de la recherche d’originaux. Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), avec la condition initiale s(0+ ) = 0 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), avec la condition initiale s(0+ ) = 0 et s est une fonction continue sur R+∗ et dérivable par morceaux. Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), avec la condition initiale s(0+ ) = 0 et s est une fonction continue sur R+∗ et dérivable par morceaux. Et e est la fonction causale en créneau définie par e(t) = U (t) − U (t − 1). Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), avec la condition initiale s(0+ ) = 0 et s est une fonction continue sur R+∗ et dérivable par morceaux. Et e est la fonction causale en créneau définie par e(t) = U (t) − U (t − 1). Solution Notons S la transformée de Laplace de s et E celle de e. On a alors : Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), avec la condition initiale s(0+ ) = 0 et s est une fonction continue sur R+∗ et dérivable par morceaux. Et e est la fonction causale en créneau définie par e(t) = U (t) − U (t − 1). Solution Notons S la transformée de Laplace de s et E celle de e. On a alors : s solution ⇔ L [s ′ (t) + s(t)](p) = L [e(t)](p) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), avec la condition initiale s(0+ ) = 0 et s est une fonction continue sur R+∗ et dérivable par morceaux. Et e est la fonction causale en créneau définie par e(t) = U (t) − U (t − 1). Solution Notons S la transformée de Laplace de s et E celle de e. On a alors : s solution ⇔ ⇔ L [s ′ (t) + s(t)](p) = L [e(t)](p) L [s ′ (t)](p) + L [s(t)](p) = E(p) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), avec la condition initiale s(0+ ) = 0 et s est une fonction continue sur R+∗ et dérivable par morceaux. Et e est la fonction causale en créneau définie par e(t) = U (t) − U (t − 1). Solution Notons S la transformée de Laplace de s et E celle de e. On a alors : s solution ⇔ ⇔ L [s ′ (t) + s(t)](p) = L [e(t)](p) L [s ′ (t)](p) + L [s(t)](p) = E(p) ⇔ pS(p) − s(0+ ) + S(p) = E(p) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), avec la condition initiale s(0+ ) = 0 et s est une fonction continue sur R+∗ et dérivable par morceaux. Et e est la fonction causale en créneau définie par e(t) = U (t) − U (t − 1). Solution Notons S la transformée de Laplace de s et E celle de e. On a alors : s solution ⇔ ⇔ L [s ′ (t) + s(t)](p) = L [e(t)](p) L [s ′ (t)](p) + L [s(t)](p) = E(p) ⇔ ⇔ pS(p) − s(0+ ) + S(p) = E(p) pS(p) + S(p) = E(p) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), avec la condition initiale s(0+ ) = 0 et s est une fonction continue sur R+∗ et dérivable par morceaux. Et e est la fonction causale en créneau définie par e(t) = U (t) − U (t − 1). Solution Notons S la transformée de Laplace de s et E celle de e. On a alors : s solution ⇔ ⇔ L [s ′ (t) + s(t)](p) = L [e(t)](p) L [s ′ (t)](p) + L [s(t)](p) = E(p) ⇔ ⇔ pS(p) − s(0+ ) + S(p) = E(p) pS(p) + S(p) = E(p) ⇔ pS(p) + S(p) = E(p) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Exercice Résoudre l’équation différentielle s ′ (t) + s(t) = e(t), avec la condition initiale s(0+ ) = 0 et s est une fonction continue sur R+∗ et dérivable par morceaux. Et e est la fonction causale en créneau définie par e(t) = U (t) − U (t − 1). Solution Notons S la transformée de Laplace de s et E celle de e. On a alors : s solution ⇔ ⇔ L [s ′ (t) + s(t)](p) = L [e(t)](p) L [s ′ (t)](p) + L [s(t)](p) = E(p) ⇔ ⇔ pS(p) − s(0+ ) + S(p) = E(p) pS(p) + S(p) = E(p) ⇔ pS(p) + S(p) = E(p) 1 S(p) = E(p) p+1 ⇔ Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) Or E(p) = L [U (t)](p) − L [U (t − 1)](p) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) Or E(p) = = L [U (t)](p) − L [U (t − 1)](p) 1 1 − e−p p p Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) Or E(p) = = = L [U (t)](p) − L [U (t − 1)](p) 1 1 − e−p p p 1 (1 − e−p ) p Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) Or E(p) = = = L [U (t)](p) − L [U (t − 1)](p) 1 1 − e−p p p 1 (1 − e−p ) p Et donc S(p) = Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) Or E(p) = = = Et donc S(p) = L [U (t)](p) − L [U (t − 1)](p) 1 1 − e−p p p 1 (1 − e−p ) p 1 (1 − e−p ). p(p + 1) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) Or E(p) = = = Et donc S(p) = L [U (t)](p) − L [U (t − 1)](p) 1 1 − e−p p p 1 (1 − e−p ) p 1 (1 − e−p ). p(p + 1) On cherche à présent l’original s de S. Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) Or E(p) = = = Et donc S(p) = L [U (t)](p) − L [U (t − 1)](p) 1 1 − e−p p p 1 (1 − e−p ) p 1 (1 − e−p ). p(p + 1) On cherche à présent l’original s de S. 1 1 S(p) = − e−p . p(p + 1) p(p + 1) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) Or E(p) = = = Et donc S(p) = L [U (t)](p) − L [U (t − 1)](p) 1 1 − e−p p p 1 (1 − e−p ) p 1 (1 − e−p ). p(p + 1) On cherche à présent l’original s de S. 1 1 S(p) = − e−p . p(p + 1) p(p + 1) On décompose en éléments simples 1 , on obtient : p(p + 1) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) Or E(p) = = = Et donc S(p) = L [U (t)](p) − L [U (t − 1)](p) 1 1 − e−p p p 1 (1 − e−p ) p 1 (1 − e−p ). p(p + 1) On cherche à présent l’original s de S. 1 1 S(p) = − e−p . p(p + 1) p(p + 1) On décompose en éléments simples 1 , on obtient : p(p + 1) 1 1 1 = − p(p + 1) p p+1 . Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On a donc L −1 h i 1 = U (t) − e−t U (t). p(p + 1) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) i 1 = U (t) − e−t U (t). p(p + 1) Et d’après le théorème du retard : i h 1 e−p = L −1 p(p + 1) On a donc L −1 h Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) i 1 = U (t) − e−t U (t). p(p + 1) Et d’après le théorème du retard : i h 1 e−p = U (t − 1) − e−(t−1) U (t − 1). L −1 p(p + 1) On a donc L −1 h Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) i 1 = U (t) − e−t U (t). p(p + 1) Et d’après le théorème du retard : i h 1 e−p = U (t − 1) − e−(t−1) U (t − 1). L −1 p(p + 1) On a donc L −1 h On obtient alors la solution s : Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) i 1 = U (t) − e−t U (t). p(p + 1) Et d’après le théorème du retard : i h 1 e−p = U (t − 1) − e−(t−1) U (t − 1). L −1 p(p + 1) On a donc L −1 h On obtient alors la solution s : s(t) = U (t) − e−t U (t) − U (t − 1) + e−(t−1) U (t − 1) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) i 1 = U (t) − e−t U (t). p(p + 1) Et d’après le théorème du retard : i h 1 e−p = U (t − 1) − e−(t−1) U (t − 1). L −1 p(p + 1) On a donc L −1 h On obtient alors la solution s : s(t) = U (t) − e−t U (t) − U (t − 1) + e−(t−1) U (t − 1) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) i 1 = U (t) − e−t U (t). p(p + 1) Et d’après le théorème du retard : i h 1 e−p = U (t − 1) − e−(t−1) U (t − 1). L −1 p(p + 1) On a donc L −1 h On obtient alors la solution s : s(t) = U (t) − e−t U (t) − U (t − 1) + e−(t−1) U (t − 1) qui s’écrit aussi : Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) i 1 = U (t) − e−t U (t). p(p + 1) Et d’après le théorème du retard : i h 1 e−p = U (t − 1) − e−(t−1) U (t − 1). L −1 p(p + 1) On a donc L −1 h On obtient alors la solution s : s(t) = U (t) − e−t U (t) − U (t − 1) + e−(t−1) U (t − 1) qui s’écrit aussi : 0 s(t) = 1 − e−t (e − 1)e−t si t < 0 si 0 6 t < 1 si t > 1 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de II. Résolution de systèmes différentiels linéaires Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de II. Résolution de systèmes différentiels linéaires Exercice Résoudre le système différentiel : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) y ′ (t) = x(t) + 2y(t) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de II. Résolution de systèmes différentiels linéaires Exercice Résoudre le système différentiel : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) y ′ (t) = x(t) + 2y(t) avec les conditions initiales x(0+ ) = 1 y(0+ ) = 0 . Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution On applique la transformation de Laplace au système et on obtient, en notant X la transformée de Laplace de x et Y celle de y : Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution On applique la transformation de Laplace au système et on obtient, en notant X la transformée de Laplace de x et Y celle de y : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) ⇔ y ′ (t) = x(t) + 2y(t) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution On applique la transformation de Laplace au système et on obtient, en notant X la transformée de Laplace de x et Y celle de y : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) L [x ′ ] = L [2x − y] ⇔ y ′ (t) = x(t) + 2y(t) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution On applique la transformation de Laplace au système et on obtient, en notant X la transformée de Laplace de x et Y celle de y : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) L [x ′ ] = L [2x − y] ⇔ y ′ (t) = x(t) + 2y(t) L [y ′ ] = L [x + 2y] Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution On applique la transformation de Laplace au système et on obtient, en notant X la transformée de Laplace de x et Y celle de y : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) L [x ′ ] = L [2x − y] ⇔ y ′ (t) = x(t) + 2y(t) L [y ′ ] = L [x + 2y] ⇔ Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution On applique la transformation de Laplace au système et on obtient, en notant X la transformée de Laplace de x et Y celle de y : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) L [x ′ ] = L [2x − y] ⇔ y ′ (t) = x(t) + 2y(t) L [y ′ ] = L [x + 2y] pX(p) − x(0+ ) = 2X(p) − Y(p) ⇔ Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution On applique la transformation de Laplace au système et on obtient, en notant X la transformée de Laplace de x et Y celle de y : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) L [x ′ ] = L [2x − y] ⇔ y ′ (t) = x(t) + 2y(t) L [y ′ ] = L [x + 2y] pX(p) − x(0+ ) = 2X(p) − Y(p) ⇔ pY(p) − y(0+ ) = X(p) + 2Y(p) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution On applique la transformation de Laplace au système et on obtient, en notant X la transformée de Laplace de x et Y celle de y : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) L [x ′ ] = L [2x − y] ⇔ y ′ (t) = x(t) + 2y(t) L [y ′ ] = L [x + 2y] pX(p) − x(0+ ) = 2X(p) − Y(p) ⇔ pY(p) − y(0+ ) = X(p) + 2Y(p) ⇔ Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution On applique la transformation de Laplace au système et on obtient, en notant X la transformée de Laplace de x et Y celle de y : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) L [x ′ ] = L [2x − y] ⇔ y ′ (t) = x(t) + 2y(t) L [y ′ ] = L [x + 2y] pX(p) − x(0+ ) = 2X(p) − Y(p) ⇔ pY(p) − y(0+ ) = X(p) + 2Y(p) pX(p) − 1 = 2X(p) − Y(p) ⇔ Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution On applique la transformation de Laplace au système et on obtient, en notant X la transformée de Laplace de x et Y celle de y : x ′ (t) = 2x(t) − y(t) L [x ′ ] = L [2x − y] ⇔ y ′ (t) = x(t) + 2y(t) L [y ′ ] = L [x + 2y] pX(p) − x(0+ ) = 2X(p) − Y(p) ⇔ pY(p) − y(0+ ) = X(p) + 2Y(p) pX(p) − 1 = 2X(p) − Y(p) ⇔ pY(p) = X(p) + 2Y(p) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 On sait que l’original de p2 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est + ω2 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 On sait que l’original de p2 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). + ω2 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 On sait que l’original de donc ω = 1. p2 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, On sait que l’original de p2 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait que l’original de p2 x(t) = Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait que l’original de p2 x(t) = cos(t)e2t U (t) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait que l’original de p2 x(t) = cos(t)e2t U (t) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait que l’original de p2 x(t) = cos(t)e2t U (t) On sait aussi que l’original de p2 ω est + ω2 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait que l’original de p2 x(t) = cos(t)e2t U (t) On sait aussi que l’original de p2 ω est sin(ωt)U (t). + ω2 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait que l’original de p2 x(t) = cos(t)e2t U (t) On sait aussi que l’original de prend ω = 1. p2 ω est sin(ωt)U (t). On + ω2 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait que l’original de p2 x(t) = cos(t)e2t U (t) ω est sin(ωt)U (t). On + ω2 prend ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, On sait aussi que l’original de p2 Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait que l’original de p2 x(t) = cos(t)e2t U (t) ω est sin(ωt)U (t). On + ω2 prend ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait aussi que l’original de p2 y(t) = Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait que l’original de p2 x(t) = cos(t)e2t U (t) ω est sin(ωt)U (t). On + ω2 prend ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait aussi que l’original de p2 y(t) = sin(t)e2t U (t) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de Solution (suite) On résout le système en X(p) et Y(p) et on obtient : X(p) = p−2 (p − 2)2 + 1 Y(p) = 1 (p − 2)2 + 1 p est cos(ωt)U (t). On prend + ω2 donc ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait que l’original de p2 x(t) = cos(t)e2t U (t) ω est sin(ωt)U (t). On + ω2 prend ω = 1. Ensuite on doit remplacer p par p − 2, d’où : On sait aussi que l’original de p2 y(t) = sin(t)e2t U (t) Partie 1 - Séquence 4 Application de la transformation de