Enunciado

Usando transformadas de Laplace, resolva o seguinte, para t > 0 .

a )   x ' + 4 x + 3 ∫ 0 t x τ d τ = 5 ,     x 0 = 1

Passo 1

Ok, ok. Vínhamos resolvendo equações só com derivadas. Tá, mas e essa integral aí? Calma, calma que é muito simples. As equações principais que vamos precisar serão:

L x ' = s X s - x ( 0 )

e

L ∫ 0 t f τ d τ = F s s

De posse dessas equações, o que precisamos agora é substitui-las na equação dada:

s X s - x 0 + 4 X s + 3 X s s = 5 ⇒ s 2 X s - 1 ⋅ s + 4 s X s + 3 X ( s ) = 5 ⋅ s

⇒ s 2 + 4 s + 3 X s = 6 s ⇒ X s = 6 s s 2 + 4 s + 3 = 6 s ( s + 1 ) ( s + 3 )

Passo 2

Agora, vamos expressar a transformada em termos de frações parciais:

X s = 6 s ( s + 1 ) ( s + 3 ) = A s + 3 + B s + 1

O cálculo dos coeficientes se torna trivial, visto que são polos simples. Vamos encontrá-los utilizando o método dos resíduos:

A = s + 3 X s s = - 3 = 6 s s + 1 s = - 3   = 6 ( - 3 ) - 3 + 1 = - 18 - 2 ⇒ A = 9

B = s + 1 X s s = - 1 = 6 s s + 3 s = - 1   = 6 ( - 1 ) - 1 + 3 = - 6 2 ⇒ B = - 3

Assim, a transformada pode ser expressa como

X s = 9 s + 3 - 3 s + 1

Passo 3

Finalmente, podemos voltar ao domínio do tempo:

x t = 9 e - 3 t - 3 e - t u t

Viu como não teve mistério?

Resposta

x t = 9 e - 3 t - 3 e - t u t