Podręcznik

3. Metoda operatorowa Laplace’a

3.6. Przesunięcie w dziedzinie częstotliwości

Rozważmy przesunięcie argumentu funkcji operatorowej Laplace’a. Oznacza to, że zamiast transformaty F(s) bierzemy pod uwagę funkcję F(s-a). Twierdzenie o przesunięciu argumentu zmiennej zespolonej s mówi, że spełniona jest wówczas zależność

L\left\{e^{at}f(t)\right\}=F(s-a)

(3.8)

Przesunięcie argumentu zespolonego s transformaty o wartość a odpowiada w dziedzinie czasu pomnożeniu funkcji oryginału przez funkcję wykładniczą eat. Korzyści płynące z powyższej własności zademonstrujemy na przykładzie wyznaczania transformaty odwrotnej Laplace’a funkcji o przesuniętym argumencie s.

Należy wyznaczyć odwrotną transformatę Laplace’a funkcji F(s) zadanej w postaci F(s)=\frac{s+2}{(s+2)^2+9}
W rozwiązaniu problemu wykorzystamy ostatnią własność przekształcenia w odniesieniu do funkcji rozważanej w przykładzie 3.3. Zgodnie z wynikami uzyskanymi w tym przykładzie mamy L\left\{cos{(}\omega t\right\}=\frac{s}{s^2+\omega^2} przy wartości ω = 3. Wprowadzając przesunięcie o wartość a = 2 w dziedzinie zmiennej zespolonej s uzyskuje się zadaną w tym przykładzie funkcję operatorową Laplace’a. Oznacza to, że jej transformata odwrotna odpowiada funkcji e^{-at}cos{\left(\omega t\right)}. Stąd transformata odwrotna funkcji zadanej w przykładzie wynosi

L^{-1}\left\{\frac{s+2}{(s+2)^2+3^2}\right\}=e^{-2t}cos{\left(3t\right)}

Twierdzenie o przesunięciu pozwoliło uzyskać transformatę odwrotną Laplace’a bez konieczności wykonywania operacji całkowania zadanej w definicji przekształcenia odwrotnego.