Enunciado

Calcule a transformada de Laplace de

c ) (1 + 3 * e^(- 2 t)) u ( t )

Passo 1

Show de bola, galera! Vamos prosseguir nossa curta jornada de calcular as transformadas de Laplace pela definição (Sim, é muito tedioso fazer isso todas as vezes e isso é apenas no começo, te garanto!)

Vamos começar aplicando a definição à função dada:

L [1 + 3 e^(- 2 t)] = int_0^(oo) (1 + 3 e^(- 2 t)) * e^(- s t) d t = int_0^(oo) e^(- s t) d t + int_0^(oo) 3 e^(- (s + 2) t) d t

Passo 2

Como estamos trabalhando com integrais impróprias, ou seja, aquelas que têm infinito em um dos extremos, teremos que utilizar limites para calcular. Isso é feito utilizando uma mudança de variável tão simples e iremos mostrar como se faz:

int_0^(oo) e^(- s t) d t + int_0^(oo) 3 e^(- (s + 2) t) d t = underset(A -> oo)(lim) int_0^A e^(- s t) d t + underset(A -> oo)(lim) int_0^A 3 e^(- (s + 2) t) d t

= (underset(A -> oo)(lim) [(e^(- s t))/(- s) + 3 * (e^(- (s + 2) t))/(- (s + 2))]|_(t = 0)^(t = A) = underset(A -> oo)(lim) [- (e^(- s A))/(s) - 3 * (e^(- (s + 2) * A))/((s + 2)) + (e^(- s * 0))/(s) + (e^(- (s + 2) * 0))/((s + 2))]

Considerando que a função original é multiplicada por u(t), significa que ela só admite valores diferentes de zero para t > 0 , assim, s > 0 . Logo, os expoentes das 2 primeiras frações tendem a - oo . Com isso, estas mesmas 2 frações tendem a zero, restando apenas as 2 últimas:

underset(A -> oo)(lim) [- (e^(- s A))/(s) - 3 * (e^(- (s + 2) * A))/((s + 2)) + (e^(- s * 0))/(s) + 3 * (e^(- (s + 2) * 0))/((s + 2))] = [(1)/(s) + 3 * (1)/(s + 2)]

Passo 3

Considerando que a função original é multiplicada por u(t), significa que ela só admite valores diferentes de zero para t > 0 , assim, s > 0 . Logo, os expoentes das 2 primeiras frações tendem a - oo . Com isso, estas mesmas 2 frações tendem a zero, restando apenas as 2 últimas:

underset(A -> oo)(lim) [- (e^(- s A))/(s) - 3 * (e^(- (s + 2) * A))/((s + 2)) + (e^(- s * 0))/(s) + 3 * (e^(- (s + 2) * 0))/((s + 2))] = [(1)/(s) + 3 * (1)/(s + 2)]

Resposta

L [(1 + 3 * e^(- 2 t)) u (t)] = (1)/(s) + (3)/(s + 2)