Enunciado

Os problemas de 17 a 22 tratam do efeito de uma sequência de impulsos aplicados em um oscilador não amortecido. Suponha que

y ″   +   y   =   f   ( t ) ,   y ( 0 )   =   0 ,   y '   ( 0 )   =   0 .

Para cada uma das escolhas para f ( t ) :

(a) Tente prever a natureza da solução sem resolver o problema.

(b) Teste sua previsão encontrando a solução e desenhando seu gráfico.

(c) Determine o que acontece após o final da sequência de impulsos.

20)

f t = ∑ k = 1 20 - 1 k + 1 δ ( t - k π / 2   )

Passo 1

a) Baseado na solução do problema 16(b) desta mesma seção, podemos prever que a solução será da seguinte forma:

∑ k = 1 20 - 1 k + 1 u k π / 2 t s e n t - k π / 2

Devido a linearidade da transformada inversa de Laplace.

Passo 2

b) Pela transformada de Laplace e aplicando na equação diferencial:

L y ' ' + y = L y ' ' + L y

= s 2 Y s - s y 0 - y ' 0 + Y s

= s 2 Y s + Y s

= s 2 + 1 Y s

Nós temos equação de Laplace do lado esquerdo e podemos coletar a transformada do lado direito pela seguinte equação:

L ∑ k = 1 20 - 1 k + 1 δ ( t - k π / 2   ) = ∑ k = 1 20 - 1 k + 1 L { δ ( t - k π / 2   ) }  

= ∑ k = 1 20 - 1 k + 1 e - k π / 2 s

Bem igualando o resultado das duas equações que calculamos temos:

s 2 + 1 Y s = ∑ k = 1 20 - 1 k + 1 e - k π / 2 s

Ou

Y s = ∑ k = 1 20 - 1 k + 1 e - k π 2 s s 2 + 1  

Aplicando a transformada inversa de Laplace, olhando nos itens 5 e 13, da tabela 6.2.1, temos:

y = ∑ k = 1 20 - 1 k + 1 u k π / 2 t s e n t - k π / 2

Passo 3

c)Utilizando nossas equações para plotar o gráfico temos:

Perceba que após uma sequencia de pulsos terminar, a solução fica qual a zero.

Resposta

a) ∑ k = 1 20 - 1 k + 1 u k π / 2 t s e n t - k π / 2

b) y = ∑ k = 1 20 - 1 k + 1 u k π / 2 t s e n t - k π / 2

c) Perceba que após uma sequencia de pulsos terminar, a solução fica igual a zero.

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Encontre a solução do problema de valor inicial dado.Desenhe os gráficos da solução e do termo não homogêneo; explique a relação entre eles. y ' ' + y = g ( t ) ;y ( 0 ) = 0 ,y ' ( 0 ) = 1 ; g ( t ) =
Nos problemas 3 e 4, suponha que uma função y ( t ) tenha a propriedade y 0 = 1 e y ' 0 = - 1 . Encontre a transformada de Laplace da expressão dada y ' ' - 4 y ' + 5 y
Use o resultado ((d)/(d t)) c o s^2 (t) = - s e n ( 2 t ) e ( 1 ) desta seção para calcular L {c o s ² ( t )} ²
Nos problemas 5 e 6, suponha que uma função tenha a propriedade y 0 = 2 e y ' 0 = 3 . Encontre a transformada de Laplace de y ( t ) , supondo que a função y ( t ) satisfaça a igualdade indicada y ' '
Nos problemas 5 e 6, suponha que uma função tenha a propriedade y 0 = 2 e y ' 0 = 3 . Encontre a transformada de Laplace de y ( t ) , supondo que a função y ( t ) satisfaça a igualdade indicada y ' '