Enunciado

Demonstre que L - 1 4 s 2 + 7 s + 13 s + 2 s 2 + 2 s + 5 = 2 e - t cos ⁡ 2 t + 45 ° + 3 e - 2 t u ( t )

Passo 1

Para fazermos a transformada inversa de 4 s 2 + 7 s + 13 s + 2 s 2 + 2 s + 5 , vamos fazer frações parciais:

4 s 2 + 7 s + 13 s + 2 s 2 + 2 s + 5 = A s + 2 + B s + C s 2 + 2 s + 5

Lembrando que quando o denominador tem grau 2, o numerador deve ter grau 1 ;)

Para encontrarmos A ,   B e C , primeiro vamos somar as duas frações fazendo o MMC dos denominadores:

4 s 2 + 7 s + 13 s + 2 s 2 + 2 s + 5 = A s 2 + 2 s + 5 + ( B s + C ) ( s + 2 ) s + 2 s 2 + 2 s + 5

Opa, dos dois lados temos o mesmo denominador, então vamos cortar:

4 s 2 + 7 s + 13 = A s 2 + 2 s + 5 + ( B s + C ) ( s + 2 )

4 s 2 + 7 s + 13 = A + B s 2 + 2 A + 2 B + C s + 5 A + 2 C

Passo 2

Agora é o seguinte: como temos uma igualdade, vamos igualar tudo que ta multiplicando s ³ no lado esquerdo com o lado direito e depois fazer o mesmo para s ² , s e os termos independentes. Isso vai nos dar o sistema:

A + B = 4 2 A + 2 B + C = 7 5 A + 2 C = 13

Resolvendo esse sistema, temos

A = 3

B = 1

C = - 1

Então:

4 s 2 + 7 s + 13 s + 2 s 2 + 2 s + 5 = 3 s + 2 + s - 1 s 2 + 2 s + 5

Passo 3

Vamos remanejar a segunda fração para encontrarmos o modelo s - a s - a 2 + b ² da tabela de transformadas inversas:

F s = 3 s + 2 + s + 1 - 2 s 2 + 2 s + 1 + 4

F s = 3 s + 2 + ( s + 1 ) - 2 ( s + 1 ) + 2 ²

Agora vamos separar o 2 dessa fração para termos o modelo b s - a + b ²

F s = 3 s + 2 + ( s + 1 ) ( s + 1 ) + 2 ² - 2 ( s + 1 ) + 2 ²

Agora sim, todos os termos estão em modelos que conhecemos da tabela e podemos encontrar nossa inversa:

f t = 3 e - 2 t + e - t cos ⁡ 2 t - e - t s e n   2 t

Passo 4

Vamos supor β c o s θ = β s e n θ = 1 e escrever f ( t ) assim:

f t = 3 e - 2 t + e - t ( β c o s θ cos ⁡ 2 t - β s e n θ s e n   2 t )

É a mesma coisa certo?

Mas para que β c o s θ = β s e n θ = 1 , temos que ter θ = 45 ° e β = 2 , pois:

2 . 2 2 = 1

Dessa forma:

f t = 3 e - 2 t + e - t 2 ( cos ⁡ 45 ° cos ⁡ 2 t - s e n   45 °   s e n   2 t )

Simplificando:

f t = 2 e - t cos ⁡ 2 t + 45 ° + 3 e - 2 t u ( t )

E ta demonstradoo :D

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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