Enunciado

Determine as transformadas de Laplace das funções periódicas na figura

Passo 1

Bem, para começo de conversa, observe aqui que a função f t é periódica de período igual a 2 :

f t = f t + 2

Se a gente considerar como sendo g t apenas o trechinho que depois vai se repetir:

De acordo com a teoria de transformadas de funções periódicas, a transformada da função f será:

F s = 1 1 - e - 2 s G s

Então agora temos que encontrar a transformada da função g t ! Bora?

Passo 2

A primeira coisa a se fazer aqui é construir essa g t em forma de degrau:

Ora, sabemos que a função g é um pedacinho de parábola até t = 2 , depois de t = 2 ela vira 0 , isso pode ser representado em degrau dessa maneira aqui:

g t = t 2 u t - t 2 u 2 t

Então prontinho! Função g descrita !

Passo 3

Finalmente podemos encontrar a Laplace dessa g :

L g t = L t 2 u t - L t 2 u 2 t

Ora, a transformada de Laplace de uma função vezes o degrau é...

L f t - c u c t = e - c s L f t

Então, no caso na nossa segunda Laplace...

L t 2 u 2 t       →           L t - 2 2 u 2 t = e - 2 s L t 2

Mas t - 2 2 = t 2 - 2 t + 4 ...

L t 2 - 2 t + 4 u 2 t = e - 2 s L t 2   →

L t 2 u 2 t - 2 t u 2 t + 4 u 2 t = e - 2 s L t 2   →

L t 2 u 2 t - 2 L t u 2 t + 4 L u 2 t = e - 2 s L t 2   →

Isolando quem a gente quer encontrar...

L t 2 u 2 t = e - 2 s L t 2 + 2 L t u 2 t - 4 L u 2 t   →

Mas veja que ainda surgiu L t u 2 t que de forma análoga, a gente só sabe encontrar L t - 2 u 2 t . Podemos então colocar esse - 2 e somar ao mesmo tempo:

L t 2 u 2 t = e - 2 s L t 2 + 2 L t - 2 + 2 u 2 t - 4 L u 2 t   →

L t 2 u 2 t = e - 2 s L t 2 + 2 L t - 2 u 2 t + 2 u 2 t - 4 L u 2 t   →

L t 2 u 2 t = e - 2 s L t 2 + 2 L t - 2 u 2 t + 4 L u 2 t - 4 L u 2 t   →

L t 2 u 2 t = e - 2 s L t 2 + 2 L t - 2 u 2 t

Então, finalmente, podemos voltar para o cálculo da transformada da g ...

L g t = L t 2 u t - L t 2 u 2 t   →

L g t = L t 2 u t - e - 2 s L t 2 + 2 L t - 2 u 2 t

Aplicando então a regra de transformada de função vezes o degrau...

L g t = e 0 L t 2 - e - 2 s L t 2 + 2 e - 2 s L t →

L g t = 2 s 3 - 2 e - 2 s s 3 + 2 e - 2 s s 2

Então...

L g t = 2 - 2 e - 2 s + 2 s e - 2 s s 3

Passo 4

Então, podemos falar que a transformada da função periódica f é...

F s = 1 1 - e - 2 s G s =

2 - 2 e - 2 s + 2 s e - 2 s s 3 1 - e - 2 s

Resposta

2 - 2 e - 2 s + 2 s e - 2 s s 3 1 - e - 2 s

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