Transformada de Laplace: cálculo com exemplo detalhado
Uma ferramenta valiosa na solução de equações diferenciais e na análise de sinais no domínio da frequência
I. O que é a Transformada de Laplace
A Transformada de Laplace é uma técnica matemática que permite transformar uma função que varia com o tempo em outra função que varia com a frequência. Isso pode ser útil em muitas aplicações, como o controle de sistemas dinâmicos e a análise de circuitos elétricos.
II. Como Calcular a Transformada de Laplace
A. Definição da Transformada de Laplace
A Transformada de Laplace de uma função f(t) é definida como:
L{f(t)} = F(s) = ∫_0^∞ f(t)e^-st dt
Onde s é uma variável complexa e o resultado F(s) é a Transformada de Laplace da função f(t).
B. Exemplo
Vamos calcular a Transformada de Laplace da função f(t) = t. A equação que precisamos calcular é:
F(s) = ∫_0^∞ t e^-st dt
Podemos usar uma técnica chamada integração por substituição para calcular esta equação. Primeiro, vamos definir uma nova variável u = -st, assim, t = -u/s e dt = -du/s. A equação se torna:
F(s) = -∫_0^∞ u/s e^u du
Podemos calcular esta equação usando uma técnica chamada integração por partes. Vamos escolher u = u e dv/du = e^u. Então, du = du e v = e^u. Substituindo na fórmula da integração por partes, temos:
F(s) = -(ue^u)/s|_0^∞ + ∫_0^∞ e^u du
Como a equação ∫_0^∞ e^u du é infinita, o limite de ue^u/s na fronteira inferior é zero. Assim, a Transformada de Laplace da função f(t) = t é:
F(s) = 1/s^2
III. Conclusão
Este exemplo mostrou como calcular a Transformada de Laplace de uma função simples, passo a passo. É importante lembrar que a Transformada de Laplace é uma técnica avançada e pode ser difícil para funções mais complexas. Mas, é uma técnica muito útil na solução de problemas e na compreensão de como as funções variam com a frequência.