TU Wien:Analysis 2 UE (diverse)/Übungen SS12/Beispiel 42

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Man bestimme die Lösung des folgenden linearen Anfangswertproblems mittels Laplace-Transformation:

y‴+y″−5y′+3y=6sinh⁡(2x), y(0)=y′(0)=0, y″(0)=4.

L{sinh⁡(ωt)}=ωs2−ω2

Lösungsvorschlag

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ℒ{y‴}=s3Y(s)−s2y(0)⏟=0−sy′(0)⏟=0−y″(0)⏟=4=s3Y(s)−4

ℒ{y″}=s2Y(s)−sy(0)⏟=0−y′(0)⏟=0=s2Y(s)

ℒ{y′}=sY(s)−y(0)⏟=0=sY(s)

ℒ{y}=Y(s)

ℒ{6sinh⁡(2x)}=62s2−22=12s2−4


4s2−4s5+s4−9s3−s2+20s−12=As+3+Bs+2+Cs−1+Ds−24s2−4=A(s+2)(s−1)(s−2)+B(s+3)(s−1)(s−2)+C(s+3)(s+2)(s−2)+D(s+3)(s+2)(s−1)4s2−4=A(s3−s2−4s+4)+B(s3−7s+6)+C(s3+3s2−4s−12)+D(s3+4s2+s−6)4s2−4=(A+B+C+D)s3+(−A+3C+4D)s2+(−4A−7B−4C−D)s+(4A+6B−12C−6D)

Koeffizentenvergleich ergibt A+B+C+D=0, −A+3C+4D=4, −4A−7B−4C−D=0 und 4A+6B−12C−6D=−4. Aufgelöst ergibt das A=25, B=−13, C=−23 und D=35


s3Y(s)−4+s2Y(s)−5sY(s)+3Y(s)=12s2−4s3Y(s)+s2Y(s)−5sY(s)+3Y(s)=12s2−4+4Y(s)(s3+s2−5s+3)=12s2−4+4Y(s)=(12s2−4+4)⋅1s3+s2−5s+3Y(s)=12+4s2−16s5+s4−5s3+3s2−4s3−4s2+20s−12Y(s)=4s2−4s5+s4−9s3−s2+20s−12Y(s)=251s+3+131s+2+231s−1+351s−2ℒ−1{Y(s)}=25e−3x−13e−2x−23ex+35e2x