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4) Int´ egrer les syst` emes diff´ erentiels suivants :

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

Utilisation de la transform´ ee de Laplace

1) D´ eterminer les transform´ ee de Laplace suivantes :

a) L [sin(3t)e−tU(t)] b) L [(2t+ 1)e−3tU(t)]

2) D´ eterminer les originaux suivants :

a) L−1

p p2+ 4p+ 6

b) L−1 p

(p+ 1)2

c) L−1

p p2+ 2p+ 5

3) Int´ egrer les ´ equations diff´ erentielles suivantes :

a) x00(t) + 3x0(t) + 2x(t) = 0 avec x(0) = 1 ; x0(0) = 0 b) x00(t) + 6x0(t) + 9x(t) = e−2t U(t) avec x(0) = 0 ; x0(0) = 0 c) x00(t)−x(t) = (3e2t+t2+ 1) U(t) avec x(0) = 0 ; x0(0) = 1 d) x00(t)−4x(t) = (3e−t−t2) U(t) avec x(0) = 0 ; x0(0) = 1

4) Int´ egrer les syst` emes diff´ erentiels suivants :

a)

x0(t) =x(t) + 5y(t)

y0(t) = x(t)−3y(t) avec

x(0) = 1 y(0) = 2 b)

x0(t) =−7x(t)−6y(t) +tU(t)

y0(t) = 12x(t) + 10y(t) avec

x(0) = 0 y(0) = 0 c)

x0(t) = 5x(t) +y(t)−z(t) y0(t) = 2x(t) + 4y(t)−2z(t) z0(t) = x(t)−y(t) + 3z(t)

avec

x(0) = 1 y(0) = 0 z(0) = 0 d)

x0(t) =−7x(t)−6y(t)

y0(t) = 12x(t) + 10y(t) avec

x(0) = 0 y(0) = 1 e)

x0(t) = x(t) +y(t)−z(t) y0(t) =x(t)−y(t) +z(t) z0(t) = −x(t) +y(t) +z(t)

avec

x(0) = 1 y(0) = 0 z(0) = 3

(2)

Transform´ ee de Laplace (Solutions)

1) D´ eterminer les transform´ ee de Laplace suivantes :

a) L [sin(3t)e−tU(t)]

L [sin(3t)U(t)] = 3 p2+ 32 L

sin(3t)e−tU(t)

= 3

(p+ 1)2+ 32 = 3 p2+ 2p+ 10 b) L [(2t+ 1)e−3tU(t)]

L [(2t+ 1) U(t)] = 2 p2 +1

p = p+ 2 p2 L

(2t+ 1)e−3tU(t)

= (p+ 3) + 2

(p+ 3)2 = p+ 5 p2+ 6p+ 9

2) D´ eterminer les originaux suivants :

a) L−1

p p2+ 4p+ 6

p

p2+ 4p+ 6 = (p+ 2)−2

(p+ 2)2+ 2 = p+ 2 (p+ 2)2+ (√

2)2

√2√ 2 (p+ 2)2+ (√

2)2 L−1

"

p p2+ (√

2)2 +

√2 p2+ (√

2)2

#

= cos(√

2t) + sin(√ 2t)

U(t) L−1

p p2+ 4p+ 6

=

cos(√

2t)−√

2 sin(√ 2t)

e−2tU(t)

b) L−1 p

(p+ 1)2

p

(p+ 1)2 = (p+ 1)−1

(p+ 1)2 = 1

p+ 1 − 1 (p+ 1)2 L−1

1 p − 1

p2

= (1−t)U(t) L−1

p (p+ 1)2

= 1−t

e−tU(t)

c) L−1

p p2+ 2p+ 5

p

p2+ 2p+ 5 = (p+ 1)−1

(p+ 1)2+ 22 = p+ 1

(p+ 1)2+ 22 −1 2

2 (p+ 1)2+ 22 L−1

p p2+ 2p+ 5

=

cos(2t)− 1

2sin(2t)

e−t U(t)

(3)

3) Int´ egrer les ´ equations diff´ erentielles suivantes :

a) x00(t) + 3x0(t) + 2x(t) = 0 avec x(0) = 1 ; x0(0) = 0 (p2X(p)−p−0) + 3(pX(p)−1) + 2X(p) = 0

(p2 + 3p+ 2)X(p) =p+ 3 X(p) = p+ 3

p2+ 3p+ 2 = p+ 3 (p+ 1)(p+ 2) X(p) = 2

p+ 1 − 1 p+ 2 x(t) = 2e−t−e−2t

U(t)

b) x00(t) + 6x0(t) + 9x(t) = e−2t U(t) avec x(0) = 0 ; x0(0) = 0 (p2X(p)−0−0) + 6(pX(p)−0) + 9X(p) = 1

p+ 2 (p2+ 6p+ 9)X(p) = 1

p+ 2

X(p) = 1

(p+ 2)(p+ 3)2 X(p) = 1

p+ 2 + 1

(p+ 3)2 − 1 p+ 3 x(t) = e−2t−(t+ 1)e−3t

U(t)

c) x00(t)−x(t) = (3e2t+t2+ 1) U(t) avec x(0) = 0 ; x0(0) = 1 (p2X(p)−0−1)−X(p) = 3

p−2 + 2 p3 +1

p (p2−1)X(p) = 3

p−2 + 2 p3 +1

p + 1 X(p) = p4+ 2p3−2p2+ 2p−4

p3(p−2)(p2−1) X(p) = 1

p−2 +

1 2

p−1 +

3 2

p+ 1 − 2 p3 − 3

p x(t) =

e2t+1 2et+ 3

2e−t−t2−3

U(t)

(4)

(p2X(p)−0−1)−4X(p) = 3

p+ 1 − 2 p3 (p2−4)X(p) = 3

p+ 1 − 2 p3 + 1 X(p) = p4+ 4p3−2p−2

p3(p+ 1)(p2−4) X(p) =

7 16

p−2 +

7 16

p+ 2 − 1 p+ 1 +

1 2

p3 +

1 8

p x(t) =

7

16e2t+ 7

16e−2t−e−t+ 1 4t2+1

8

U(t)

(5)

4) Int´ egrer les syst` emes diff´ erentiels suivants :

a)

x0(t) = x(t) + 5y(t) y0(t) =x(t)−3y(t)

avec

x(0) = 1 y(0) = 2

pX(p)−1 = X(p) + 5Y(p) pY(p)−2 = X(p)−3Y(p)

(p−1)X(p) − 5Y(p) = 1

−X(p) + (p+ 3)Y(p) = 2









X(p) = p+ 13 p2 + 2p−8 =

5 2

p−2 −

3 2

p+ 4 Y(p) = 2p−1

p2 + 2p−8 =

1 2

p−2 +

3 2

p+ 4









x(t) = 5

2 e2t−3 2 e−4t

U(t)

y(t) = 1

2e2t+3 2 e−4t

U(t)

b)

x0(t) =−7x(t)−6y(t) +tU(t)

y0(t) = 12x(t) + 10y(t) avec

x(0) = 0 y(0) = 0

pX(p) = −7X(p)−6Y(p) + 1 p2 pY(p) = 12X(p) + 10Y(p)

(p+ 7)X(p) + 6Y(p) = 1 p2

−12X(p) + (p−10)Y(p) = 0









X(p) = p−10

p4−3p3+ 2p2 = 9

p−1 − 2

p−2 − 5 p2 − 7

p

Y(p) = 12

p4−3p3+ 2p2 = − 12

p−1 + 3

p−2 + 6 p2 +9

p

x(t) = 9et−2e2t−5t−7 U(t) y(t) = −12et+ 3e2t+ 6t+ 9

U(t)

(6)

c)

y0(t) = 2x(t) + 4y(t)−2z(t) z0(t) = x(t)−y(t) + 3z(t)

avec

y(0) = 0 z(0) = 0

pX(p)−1 = 5X(p) +Y(p)−Z(p) pY(p) = 2X(p) + 4Y(p)−2Z(p) pZ(p) = X(p)−Y(p) + 3Z(p)

(p−5)X(p) − Y(p) + Z(p) = 1

−2X(p) + (p−4)Y(p) + 2Z(p) = 0

−X(p) + Y(p) + (p−3)Z(p) = 0













X(p) = p−5

(p−6)(p−4) =

1 2

p−4 +

1 2

p−6

Y(p) = 2

(p−6)(p−2) =

1 2

p−6 −

1 2

p−2

Z(p) = 1

(p−2)(p−4) =

1 2

p−4 −

1 2

p−2





















x(t) = e4t+e6t 2 U(t) y(t) = e6t−e2t

2 U(t) z(t) = e4t−e2t

2 U(t)

d)

x0(t) =−7x(t)−6y(t)

y0(t) = 12x(t) + 10y(t) avec

x(0) = 0 y(0) = 1 pX(p) = −7X(p)−6Y(p)

pY(p)−1 = 12X(p) + 10Y(p)

(p+ 7)X(p) + 6Y(p) = 0

−12X(p) + (p−10)Y(p) = 1









X(p) = −6

p3−3p2+ 2p = 6

p−1 − 6 p−2 Y(p) = p+ 7

p3−3p2+ 2p = 9

p−2 + 8 p−1

x(t) = 6 et−e2t U(t) y(t) = 9e2t−8et

U(t)

(7)

e)

x0(t) = x(t) +y(t)−z(t) y0(t) =x(t)−y(t) +z(t) z0(t) = −x(t) +y(t) +z(t)

avec

x(0) = 1 y(0) = 0 z(0) = 3

pX(p)−1 = X(p) +Y(p)−Z(p) pY(p) = X(p)−Y(p) +Z(p) pZ(p)−3 = −X(p) +Y(p) +Z(p)

(p−1)X(p) − Y(p) + Z(p) = 1

−X(p) + (p+ 1)Y(p) − Z(p) = 0 X(p) − Y(p) + (p−1)Z(p) = 3













X(p) = p2−3p−2 p3−p2−4p+ 4 =

4 3

p−1− 1 p−2+

2 3

p+ 2

Y(p) = 4

(p−1)(p+ 2) =

4 3

p−1−

4 3

p+ 2 Z(p) = 3p2−p−6

p3−p2−4p+ 4 =

4 3

p−1+ 1 p−2+

2 3

p+ 2

















x(t) = 1 3

4et−3e2t+ 2e−2t

U(t)

y(t) = 4 3

et−e−2t U(t)

z(t) = 1 3

4et+ 3e2t+ 2e−2t U(t)

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