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En raison de limitations techniques, la typographie souhaitable du titre, «
Outils mathématiques pour la physique (PCSI) : Transformées monolatérales de Laplace directes et inverses et leur utilisation Outils mathématiques pour la physique (PCSI)/Transformées monolatérales de Laplace directes et inverses et leur utilisation », n'a pu être restituée correctement ci-dessus.
La transformation de Laplace a été nommée ainsi en l'honneur de Pierre-Simon Laplace [ 1] pour son utilisation dans la théorie des probabilités qu'il a initiée, mais elle fut découverte par Leonhard Euler [ 2] .
Soit une fonction réelle
f
{\displaystyle \;f\;}
de la variable réelle
t
{\displaystyle \;t\;}
ayant les propriétés suivantes :
« les valeurs de la fonction sont nulles pour
t
<
0
{\displaystyle \;t<0\;}
»[ 3]
(
{\displaystyle {\big (}}
la fonction est alors qualifiée de « causale »[ 4]
)
{\displaystyle {\big )}}
,
« la fonction est continue par morceaux sur tout intervalle
]
0
;
t
0
]
{\displaystyle \;\left]0\,;\,t_{0}\right]\;}
»[ 5] , [ 6] ,
« au voisinage de
t
=
0
{\displaystyle \;t=0}
,
∃
γ
∈
]
0
;
1
[
{\displaystyle \;\exists \;\gamma \in \left]0\,;1\right[\;}
tels que
lim
t
→
0
[
t
γ
|
f
(
t
)
|
]
=
0
{\displaystyle \;\lim \limits _{t\,\rightarrow \,0}\left[t^{\gamma }\;\vert f(t)\vert \right]=0\;}
»[ 7] et
« la fonction est “ d'ordre exponentiel
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
” avec
α
∈
R
∪
{
−
∞
}
{\displaystyle \;\alpha \,\in \,\mathbb {R} \cup \left\lbrace -\infty \right\rbrace \;}
» « la fonction est “ d'ordre expo
⇕
{\displaystyle \Updownarrow }
«
∃
M
>
0
{\displaystyle \;\exists \;M>0\;}
tels que
∀
β
⩾
α
,
|
exp
(
−
β
t
)
f
(
t
)
|
<
M
,
∀
t
>
τ
{\displaystyle \;\forall \,\beta \,\geqslant \,\alpha ,\;\;\vert \exp \!\left(-\beta \;t\right)\;f(t)\vert <M,\;\;\forall \,t>\tau \;}
et
∀
τ
>
0
{\displaystyle \;\forall \,\tau >0\;}
»[ 8] .
Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] d'une fonction à support positif[ 14] à celle Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace d'une fonction à support positif étendu à gauche de
0
{\displaystyle \;0\;}
c'est-à-dire de support
[
0
,
+
∞
[
∪
V
(
0
−
)
{\displaystyle \;\left[0\,,\,+\infty \right[\;\cup \;{\mathcal {V}}(0^{-})\;}
{
{\displaystyle \;{\big \{}}
avec
V
(
0
−
)
{\displaystyle \;{\mathcal {V}}(0^{-})\;}
Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace d'une fonction à support positif étendu à gauche de
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{0}\;}
un voisinage ouvert à gauche de
0
{\displaystyle \;0}
, borné inférieurement, Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace d'une fonction à support positif étendu à gauche de
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{0}\;}
telle que la restriction de la fonction à
[
0
,
+
∞
[
C
{\displaystyle \;\left[0\,,\,+\infty \right[^{\,C}\;}
[ 15] dans Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace d'une fonction à support positif étendu à gauche de
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{0}\;}
V
(
0
−
)
{\displaystyle \;{\mathcal {V}}(0^{-})\;}
[ 16] est une fonction indéfiniment dérivable[ 17]
}
{\displaystyle {\big \}}\;}
et Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace d'une distribution
(
{\displaystyle \;{\big (}}
telle que l'intégrale de définition[ 18] de sa transformée de Laplace[ 1] converge[ 19]
)
{\displaystyle {\big )}}
.
« Fonction de Heaviside[ 20]
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou échelon unité
)
{\displaystyle {\big )}}
Y
(
t
)
=
{
1
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;Y(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}1\;{\text{si}}\;t>0\\0\;{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace \;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
Y
(
t
)
}
=
1
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{p}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 21] en effet le calcul conduit à « Fonction de Heaviside
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou échelon unité
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}}
Y
(
t
)
=
{
1
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{Y(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}1\;{\text{si}}\;t>0\\0\;{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace }\;}
»
⇒
{\displaystyle \color {transparent}{\Rightarrow }}
«
L
{
Y
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
Y
(
t
)
d
t
=
∫
0
+
+
∞
exp
(
−
p
t
)
d
t
=
[
exp
(
−
p
t
)
−
p
]
0
+
+
∞
=
1
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace Y(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;Y(t)\;dt=\displaystyle \int _{0^{+}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;dt=\left[{\dfrac {\exp(-p\,t)}{-p}}\right]_{0^{+}}^{+\infty }={\dfrac {1}{p}}\;}
»[ 13] .
« Pic de Dirac [ 22] d'impulsion unité
δ
(
t
)
=
{
0
si
t
>
0
+
∞
si
t
=
0
0
si
t
<
0
}
=
Y
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\delta (t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}0\qquad {\text{si}}\;t>0\\+\infty \;\;\,{\text{si}}\;t=0\\0\qquad {\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace ={\dot {Y}}(t)\;}
»[ 23]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
δ
(
t
)
}
=
1
∀
ℜ
(
p
)
∈
R
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \delta (t)\right\rbrace =1\;\;\forall \;\Re (p)\in \mathbb {R} \;}
»[ 24] en effet, « Pic de Dirac d'impulsion unité
δ
(
t
)
=
Y
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{\delta (t)={\dot {Y}}(t)}\;}
» si
ℜ
(
p
)
{\displaystyle \;\Re (p)\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0}
, on a «
L
{
δ
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
δ
(
t
)
d
t
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
Y
˙
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \delta (t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\delta (t)\;dt=\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;{\dot {Y}}(t)\;dt\;}
»[ 13] donnant « Pic de Dirac d'impulsion unité
δ
(
t
)
=
Y
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{\delta (t)={\dot {Y}}(t)}\;}
» si
ℜ
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re (p)}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
, on a «
L
{
δ
(
t
)
}
=
[
exp
(
−
p
t
)
Y
(
t
)
]
0
−
+
∞
−
∫
0
−
+
∞
−
p
exp
(
−
p
t
)
Y
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \delta (t)\right\rbrace ={\cancel {\left[\exp(-p\,t)\;Y(t)\right]_{0^{-}}^{+\infty }}}-\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }-p\,\exp(-p\,t)\;Y(t)\;dt\;}
[ 13] en intégrant par parties[ 18] , [ 25] soit « Pic de Dirac d'impulsion unité
δ
(
t
)
=
Y
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{\delta (t)={\dot {Y}}(t)}\;}
» si
ℜ
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re (p)}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
, on a «
L
{
δ
(
t
)
}
=
p
∫
0
+
+
∞
exp
(
−
p
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \delta (t)\right\rbrace =p\displaystyle \int _{0^{+}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;dt\;}
[ 13]
=
p
[
exp
(
−
p
t
)
−
p
]
0
+
+
∞
=
p
1
p
=
1
{\displaystyle \;=p\left[{\dfrac {\exp(-p\,t)}{-p}}\right]_{0^{+}}^{+\infty }=p\;{\dfrac {1}{p}}=1\;}
» mais le résultat reste le même « Pic de Dirac d'impulsion unité
δ
(
t
)
=
Y
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{\delta (t)={\dot {Y}}(t)}\;}
» si
ℜ
(
p
)
{\displaystyle \;\Re (p)\;}
est
⩽
0
{\displaystyle \;\leqslant 0}
, ce qui s'établit en utilisant une autre démonstration que l'intégration par parties[ 26] , [ 27] .
« Fonction rampe
f
rampe
(
t
)
=
{
a
t
si
t
⩾
0
0
si
t
⩽
0
}
{\displaystyle \;f_{\text{rampe}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\;t\;{\text{si}}\;t\geqslant 0\\0\quad {\text{si}}\;t\leqslant 0\end{array}}\right\rbrace \;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
f
rampe
(
t
)
}
=
a
p
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{rampe}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {a}{p^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 28] en effet le calcul conduit à « Fonction rampe
f
rampe
(
t
)
=
{
a
t
si
t
⩾
0
0
si
t
⩽
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{rampe}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\;t\;{\text{si}}\;t\geqslant 0\\0\quad {\text{si}}\;t\leqslant 0\end{array}}\right\rbrace }\;}
»
⇒
{\displaystyle \color {transparent}{\Rightarrow }}
«
L
{
f
rampe
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
rampe
(
t
)
d
t
=
∫
0
+
+
∞
exp
(
−
p
t
)
a
t
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{rampe}}(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f_{\text{rampe}}(t)\;dt=\displaystyle \int _{0^{+}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;a\;t\;dt\;}
[ 13] donnant, en intégrant par parties[ 25] « Fonction rampe
f
rampe
(
t
)
=
{
a
t
si
t
⩾
0
0
si
t
⩽
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{rampe}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\;t\;{\text{si}}\;t\geqslant 0\\0\quad {\text{si}}\;t\leqslant 0\end{array}}\right\rbrace }\;}
»
⇒
{\displaystyle \color {transparent}{\Rightarrow }}
«
L
{
f
rampe
(
t
)
}
=
[
exp
(
−
p
t
)
−
p
a
t
]
0
−
+
∞
−
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
−
p
a
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{rampe}}(t)\right\rbrace ={\cancel {\left[{\dfrac {\exp(-p\,t)}{-p}}\;a\;t\right]_{0^{-}}^{+\infty }}}-\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }{\dfrac {\exp(-p\,t)}{-p}}\;a\;dt\;}
[ 13]
=
a
p
[
exp
(
−
p
t
)
−
p
]
0
−
+
∞
=
a
p
2
{\displaystyle \;={\dfrac {a}{p}}\;\left[{\dfrac {\exp(-p\,t)}{-p}}\right]_{0^{-}}^{+\infty }={\dfrac {a}{p^{2}}}\;}
dès lors que
ℜ
(
p
)
{\displaystyle \;\Re (p)\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}
».
Début d’un théorème
Théorème d'unicité (admis)
Fin du théorème
Soient «
f
1
(
t
)
{\displaystyle \;f_{1}(t)\;}
et
f
2
(
t
)
{\displaystyle \;f_{2}(t)\;}
deux fonctions
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distributions
)
{\displaystyle {\big )}\;}
» admettant pour « transformées
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérales
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] respectives
L
{
f
1
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f_{1}(t)\right\rbrace \;}
et
L
{
f
2
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f_{2}(t)\right\rbrace \;}
», avec Soient «
f
1
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{1}(t)}\;}
et
f
2
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{2}(t)}\;}
«
α
=
max
{
α
1
,
α
2
}
{\displaystyle \;\alpha =\max \left\lbrace \alpha _{1}\,,\,\alpha _{2}\right\rbrace \;}
la plus grande des abscisses de convergence » des deux transformées
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérales
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] et Soient «
a
{\displaystyle \;a\;}
un réel non nul quelconque », on démontre les propriétés suivantes
{
{\displaystyle \;{\big \{}}
ces démonstrations utilisent la linéarité de l'intégration permettant de passer de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou la distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
à sa transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
}
{\displaystyle {\big \}}}
: on démontre les propriétés suivantes «
L
{
f
1
(
t
)
+
f
2
(
t
)
}
=
L
{
f
1
(
t
)
}
+
L
{
f
2
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f_{1}(t)+f_{2}(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f_{1}(t)\right\rbrace +{\mathcal {L}}\left\lbrace f_{2}(t)\right\rbrace \;}
» pour «
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
» et on démontre les propriétés suivantes «
L
{
a
f
1
(
t
)
}
=
a
L
{
f
1
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace a\;f_{1}(t)\right\rbrace =a\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f_{1}(t)\right\rbrace \;}
» pour «
ℜ
(
p
)
>
α
1
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha _{1}\;}
» ou on démontre les propriétés suivantes «
L
{
a
f
2
(
t
)
}
=
a
L
{
f
2
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace a\;f_{2}(t)\right\rbrace =a\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f_{2}(t)\right\rbrace \;}
» pour «
ℜ
(
p
)
>
α
2
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha _{2}\;}
».
Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] avec Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt}\;}
«
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
», Soit
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)\;}
la dérivée de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou dérivée de la distribution [ 18]
)
{\displaystyle {\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
˙
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
˙
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;{\dot {f}}(t)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
′
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha '\;}
»[ 13] Soit
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
la dérivée de la fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou dérivée de la distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace avec «
α
′
{\displaystyle \;\alpha '\;}
abscisse de convergence de
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace \;}
»[ 30] ;
nous établissons ci-après la propriété suivante
Influence de la dérivation sur la transformée (monolatérale) de Laplace d'une fonction ou distribution
Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
˙
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;{\dot {f}}(t)\;dt\;}
[ 13] , [ 35] dans le domaine de validité de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
» c'est-à-dire Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
˙
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;{\dot {f}}(t)\;dt}\;}
dans le cas de «
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
avec
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
», Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }\;}
dans l'hypothèse où «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)\;}
[ 36] diverge en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
», on intègre par parties[ 35] , [ 25]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }\;}
dans l'hypothèse où «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
diverge en
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=0}\;}
» «
L
{
f
˙
(
t
)
}
=
[
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
]
0
−
∞
−
∫
0
−
+
∞
−
p
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace =\left[\exp(-p\,t)\;f(t)\right]_{0^{-}}^{\infty }-\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }-p\;\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
[ 13] Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }\;}
dans l'hypothèse où «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
diverge en
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=0}\;}
» «
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }}
=
−
f
(
0
−
)
+
p
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle =-f(0^{-})+p\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
»[ 37] alors que Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }\;}
dans l'hypothèse où «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)\;}
[ 36] converge en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
∫
0
−
0
+
exp
(
−
p
t
)
f
˙
(
t
)
d
t
=
0
{\displaystyle \;\displaystyle \int _{0^{-}}^{0^{+}}\exp(-p\,t)\;{\dot {f}}(t)\;dt=0\;}
» car «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)\;}
est discontinue de 1ère espèce[ 38] ou Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }\;}
dans l'hypothèse où «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
converge en
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=0}\;}
»
⇒
{\displaystyle \color {transparent}{\Rightarrow }}
«
exp
(
−
p
t
)
f
˙
(
t
)
d
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\exp(-p\,t)\;{\dot {f}}(t)\;dt=0}\;}
» car «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
est continue en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
»[ 39] d'où Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }\;}
dans l'hypothèse où «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
converge en
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=0}\;}
» «
L
{
f
˙
(
t
)
}
=
∫
0
−
0
+
exp
(
−
p
t
)
f
˙
(
t
)
d
t
+
∫
0
+
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
˙
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace ={\cancel {\displaystyle \int _{0^{-}}^{0^{+}}\exp(-p\,t)\;{\dot {f}}(t)\;dt\;+}}\,\displaystyle \int _{0^{+}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;{\dot {f}}(t)\;dt\;}
»[ 13]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }\;}
dans l'hypothèse où «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
converge en
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=0}\;}
» «
L
{
f
˙
(
t
)
}
=
∫
0
+
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
˙
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{+}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;{\dot {f}}(t)\;dt\;}
»[ 13] que l'on intègre par parties[ 25] selon Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }\;}
dans l'hypothèse où «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
converge en
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=0}\;}
» «
L
{
f
˙
(
t
)
}
=
[
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
]
0
+
∞
−
∫
0
+
+
∞
−
p
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace =\left[\exp(-p\,t)\;f(t)\right]_{0^{+}}^{\infty }-\displaystyle \int _{0^{+}}^{+\infty }-p\;\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
[ 13] Démonstration : « pour calculer
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }\;}
dans l'hypothèse où «
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
converge en
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=0}\;}
» «
L
{
f
˙
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace }}
=
−
f
(
0
+
)
+
p
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle =-f(0^{+})+p\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
»[ 37] , [ 40] .
Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] avec Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt}\;}
«
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
», Soit
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
{\displaystyle \;\displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\;}
la primitive de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou primitive de la distribution [ 18]
)
{\displaystyle {\big )}\;}
s'annulant en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
et Soit
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
{\displaystyle \;\color {transparent}{\displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'}\;}
la primitive de la fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou primitive de la distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] Soit
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
{\displaystyle \;\color {transparent}{\displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'}\;}
la primitive de la fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou primitive de la distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant «
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
″
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha ''\;}
»[ 13] avec Soit
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
{\displaystyle \;\color {transparent}{\displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'}\;}
la primitive de la fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou primitive de la distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant «
α
″
{\displaystyle \;\alpha ''\;}
abscisse de convergence de
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace \;}
»[ 41] ;
nous établissons ci-après la propriété suivante
Influence de l'intégration sur la transformée (monolatérale) de Laplace d'une fonction ou distribution
Avec «
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace
[ 1] de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou
distribution
)
{\displaystyle {\big )}}
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
»
[ 31] Avec «
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }\;}
la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace d'« abscisse de convergence
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
» et
Avec «
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace \;}
celle de la primitive de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou de la primitive de la
distribution [ 29]
)
{\displaystyle {\big )}}
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
{\displaystyle \;\displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\;}
Avec «
L
{
f
(
t
′
)
d
t
′
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t')\;dt'\right\rbrace }\;}
celle de la primitive de la fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou de la primitive de la distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}}
s'annulant en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
»
Avec «
L
{
f
(
t
′
)
d
t
′
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t')\;dt'\right\rbrace }\;}
celle de la primitive de la fonction d'« abscisse de convergence
α
″
{\displaystyle \;\alpha ''\;}
[ 41] »,
ces deux transformées de Laplace
[ 1] sont liées par la relation suivante :
«
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
=
L
{
f
(
t
)
}
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace ={\dfrac {{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{p}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
α
″
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha ''\;}
».
Démonstration : « pour calculer
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace dt\;}
[ 13] , [ 35] dans le domaine de validité de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] Démonstration : « pour calculer
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace dt}\;}
dans le domaine de validité de
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace \;}
» c'est-à-dire Démonstration : « pour calculer
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace dt}\;}
dans le cas de «
ℜ
(
p
)
>
α
″
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha ''\;}
avec
α
″
{\displaystyle \;\alpha ''\;}
abscisse de convergence de
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace \;}
», Démonstration : « pour calculer
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace }\;}
on procède en intégrant par parties[ 35] , [ 25]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
=
[
exp
(
−
p
t
)
−
p
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
]
0
−
∞
−
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
−
p
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace =\left[{\dfrac {\exp(-p\,t)}{-p}}\;\displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right]_{0^{-}}^{\infty }-\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }{\dfrac {\exp(-p\,t)}{-p}}\;f(t)\;dt\;}
[ 13] Démonstration : « pour calculer
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace }\;}
on procède en intégrant par parties
⇒
{\displaystyle \color {transparent}{\Rightarrow }}
«
L
{
∫
0
t
f
(
t
′
)
d
t
′
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{t}f(t')\;dt'\right\rbrace }}
=
L
{
f
(
t
)
}
p
{\displaystyle ={\dfrac {{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{p}}\;}
»[ 42] .
Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] avec Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt}\;}
«
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
», Soit
f
′
(
t
)
=
f
(
t
′
)
{\displaystyle \;f'(t)=f(t')\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution [ 18]
)
{\displaystyle {\big )}\;}
résultant de la translation
t
′
=
t
−
t
0
{\displaystyle \;t'=t-t_{0}\;}
sur la variable
t
{\displaystyle \;t\;}
avec
t
0
>
0
{\displaystyle \;t_{0}>0\;}
[ 43] et Soit
f
′
(
t
)
=
f
(
t
′
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=f(t')}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
′
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f'(t)\;dt\;}
[ 29] Soit
f
′
(
t
)
=
f
(
t
′
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=f(t')}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace }}
=
∫
t
0
−
+
∞
exp
[
−
p
(
t
′
+
t
0
)
]
f
(
t
′
)
d
t
′
{\displaystyle =\displaystyle \int _{t_{0}^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-p\,(t'+t_{0})\right]\,f(t')\;dt'\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] Soit
f
′
(
t
)
=
f
(
t
′
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=f(t')}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace }}
[
{\displaystyle {\big [}}
même condition de convergence que
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
[ 44]
]
{\displaystyle {\big ]}}
;
nous établissons ci-après la propriété suivante connue sous le nom du « théorème du retard »
Théorème du retard [ou influence d'une translation en t sur la transformée (monolatérale) de Laplace d'une fonction ou distribution]
Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
−
t
0
)
d
t
=
∫
−
t
0
−
+
∞
exp
[
−
p
(
u
+
t
0
)
]
f
(
u
)
d
u
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t-t_{0})\;dt=\displaystyle \int _{-t_{0}^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-p\,(u+t_{0})\right]\,f(u)\;du\;}
[ 13] , [ 35] dans le domaine de validité de la transformée Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }}
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \;}
» c'est-à-dire «
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
avec
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
»[ 44] : Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;t_{0}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}
» on décompose l'intervalle d'intégration[ 35]
[
−
t
0
−
,
+
∞
[
{\displaystyle \;\left[-t_{0}^{-}\,,\,+\infty \right[\;}
selon
[
−
t
0
−
,
0
−
[
∪
[
0
−
,
+
∞
[
{\displaystyle \;\left[-t_{0}^{-}\,,\,0^{-}\right[\cup \left[0^{-}\,,\,+\infty \right[\;}
et on obtient Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t_{0}}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
» «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
∫
−
t
0
−
0
−
exp
[
−
p
(
u
+
t
0
)
]
f
(
u
)
d
u
+
∫
0
−
+
∞
exp
[
−
p
(
u
+
t
0
)
]
f
(
u
)
d
u
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{-t_{0}^{-}}^{0^{-}}\exp \!\left[-p\,(u+t_{0})\right]\,f(u)\;du+\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-p\,(u+t_{0})\right]\,f(u)\;du\;}
[ 13] Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t_{0}}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
» «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace }}
=
exp
(
−
p
t
0
)
[
∫
t
0
−
0
−
exp
(
−
p
u
)
f
(
u
)
d
u
+
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
u
)
f
(
u
)
d
u
]
{\displaystyle =\exp(-p\,t_{0})\left[\displaystyle \int _{t_{0}^{-}}^{0^{-}}\exp \!\left(-p\;u\right)\,f(u)\;du+\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left(-p\;u\right)\,f(u)\;du\right]\;}
»[ 13] dans laquelle Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t_{0}}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
» «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
0
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t_{0})}}
la 1ère intégrale est nulle
[
{\displaystyle \;{\big [}}
la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}}
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
étant à support positif
]
{\displaystyle {\big ]}\;}
et Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t_{0}}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
» «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
0
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t_{0})}}
la 2nde est égale à
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
d'où Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t_{0}}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
» «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
0
)
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\exp(-p\;t_{0})\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
pour
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
» ou Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;t_{0}\;}
est
<
0
{\displaystyle \;<0\;}
» on étend l'intervalle d'intégration[ 35]
[
−
t
0
−
,
+
∞
[
{\displaystyle \;\left[-t_{0}^{-}\,,\,+\infty \right[\;}
selon
[
0
−
,
+
∞
[
{\displaystyle \;\left[0^{-}\,,\,+\infty \right[\;}
en soustrayant
[
0
−
,
−
t
0
−
[
{\displaystyle \;\left[0^{-}\,,\,-t_{0}^{-}\right[\;}
et on obtient Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t_{0}}\;}
est
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
» «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
[
−
p
(
u
+
t
0
)
]
f
(
u
)
d
u
−
∫
0
−
−
t
0
−
exp
[
−
p
(
u
+
t
0
)
]
f
(
u
)
d
u
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-p\,(u+t_{0})\right]\,f(u)\;du-\displaystyle \int _{0^{-}}^{-t_{0}^{-}}\exp \!\left[-p\,(u+t_{0})\right]\,f(u)\;du\;}
[ 13] Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t_{0}}\;}
est
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
» «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace }}
=
exp
(
−
p
t
0
)
[
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
u
)
f
(
u
)
d
u
−
∫
0
−
t
0
−
exp
(
−
p
u
)
f
(
u
)
d
u
]
{\displaystyle =\exp(-p\,t_{0})\left[\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left(-p\;u\right)\,f(u)\;du-\displaystyle \int _{0^{-}}^{t_{0}^{-}}\exp \!\left(-p\;u\right)\,f(u)\;du\right]\;}
»[ 13] dans laquelle Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t_{0}}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
» «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
0
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t_{0})}}
la 1ère intégrale entre crochets est égale à
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
mais Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }\;}
« si
t
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t_{0}}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
» «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
0
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t_{0})}}
la 2nde est non nulle
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
f
′
(
t
)
}
≠
exp
(
−
p
t
0
)
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \neq \exp(-p\;t_{0})\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
même pour
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
» Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
f
(
t
−
t
0
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t-t_{0})\right\rbrace }}
d'où, pour vérifier «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
0
)
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\exp(-p\;t_{0})\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
», la nécessité d'exiger
t
0
>
0
{\displaystyle \;t_{0}>0}
.
Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] avec Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt}\;}
«
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
», Soit
f
′
(
t
)
=
f
(
t
′
)
{\displaystyle \;f'(t)=f(t')\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution [ 18]
)
{\displaystyle {\big )}\;}
résultant du changement d'échelle
t
′
=
k
t
{\displaystyle \;t'=k\;t\;}
sur la variable
t
{\displaystyle \;t\;}
avec
k
>
0
{\displaystyle \;k>0\;}
[ 45]
≠
1
{\displaystyle \;\neq 1\;}
et Soit
f
′
(
t
)
=
f
(
t
′
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=f(t')}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
′
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f'(t)\;dt\;}
[ 29] Soit
f
′
(
t
)
=
f
(
t
′
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=f(t')}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace }}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
k
t
)
d
t
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(k\;t)\;dt\;}
[ 29] , [ 13] si
ℜ
(
p
)
>
k
α
{\displaystyle \;\Re (p)>k\;\alpha \;}
»[ 46] ;
nous établissons ci-après la propriété suivante connue sous le nom du « règle de similitude »
Règle de similitude [ou influence d'un changement d'échelle de t sur la transformée (monolatérale) de Laplace d'une fonction ou distribution]
Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
f
(
k
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace f(k\;t)\right\rbrace \!\left[p\right]\;}
[ 47]
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
k
t
)
d
t
=
∫
0
−
+
∞
exp
[
−
p
k
k
t
]
f
(
k
t
)
d
(
k
t
)
k
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(k\;t)\;dt=\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-{\dfrac {p}{k}}\;k\;t\right]\,f(k\;t)\;{\dfrac {d(k\;t)}{k}}\;}
[ 13] , [ 35] dans le domaine de validité de la transformée Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
f
(
k
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace f(k\;t)\right\rbrace \!\left[p\right]}\;}
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]\;}
» c'est-à-dire «
ℜ
(
p
)
>
k
α
{\displaystyle \;\Re (p)>k\;\alpha \;}
avec
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
»[ 46] , Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
f
(
k
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace f(k\;t)\right\rbrace \!\left[p\right]}\;}
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]}\;}
» ou encore, en remplaçant
k
t
{\displaystyle \;k\;t\;}
par
t
′
{\displaystyle \;t'}
, Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
f
(
t
′
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t')\right\rbrace \!\left[p\right]\;}
[ 47]
=
∫
0
−
+
∞
exp
[
−
p
k
t
′
]
f
(
t
′
)
d
t
′
k
=
1
k
∫
0
−
+
∞
exp
[
−
p
k
t
′
]
f
(
t
′
)
d
t
′
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-{\dfrac {p}{k}}\;t'\right]\,f(t')\;{\dfrac {dt'}{k}}={\dfrac {1}{k}}\,\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-{\dfrac {p}{k}}\;t'\right]\,f(t')\;dt'\;}
[ 13] , [ 35] soit, en posant
p
′
=
p
k
{\displaystyle \;p'={\dfrac {p}{k}}}
, Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
f
(
t
′
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t')\right\rbrace \!\left[p\right]}\;}
=
∫
0
−
+
∞
exp
[
−
p
k
t
′
]
f
(
t
′
)
d
t
′
k
{\displaystyle \color {transparent}{=\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-{\dfrac {p}{k}}\;t'\right]\,f(t')\;{\dfrac {dt'}{k}}}}
=
1
k
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
′
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle ={\dfrac {1}{k}}\,\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p'\;t)\;f(t)\;dt\;}
[ 13] , [ 49]
=
1
k
L
{
f
(
t
)
}
[
p
′
]
{\displaystyle ={\dfrac {1}{k}}\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \!\left[p'\right]\;}
dans la mesure où
ℜ
(
p
′
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p')>\alpha \;}
⇔
{\displaystyle \Leftrightarrow }
Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
f
(
t
′
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t')\right\rbrace \!\left[p\right]}\;}
=
∫
0
−
+
∞
exp
[
−
p
k
t
′
]
f
(
t
′
)
d
t
′
k
{\displaystyle \color {transparent}{=\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-{\dfrac {p}{k}}\;t'\right]\,f(t')\;{\dfrac {dt'}{k}}}}
=
1
k
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
′
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \color {transparent}{={\dfrac {1}{k}}\,\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p'\;t)\;f(t)\;dt}\;}
=
1
k
L
{
f
(
t
)
}
[
p
′
]
{\displaystyle \color {transparent}{={\dfrac {1}{k}}\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \!\left[p'\right]}\;}
ℜ
(
p
k
)
>
α
{\displaystyle \;\Re \left({\dfrac {p}{k}}\right)>\alpha \;}
ou
ℜ
(
p
)
>
k
α
{\displaystyle \;\Re (p)>k\;\alpha }
.
Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] avec Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt}\;}
«
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
», Soit
f
′
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
{\displaystyle \;f'(t)=\exp(-a\;t)\;f(t)\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution [ 18]
)
{\displaystyle {\big )}\;}
résultant de la multiplication de
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
par la fonction exponentielle
exp
(
−
a
t
)
{\displaystyle \;\exp(-a\;t)\;}
de
t
{\displaystyle \;t\;}
avec
a
∈
R
∗
{\displaystyle \;a\in \mathbb {R} ^{*}\;}
[ 50] et Soit
f
′
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=\exp(-a\;t)\;f(t)}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
′
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f'(t)\;dt\;}
[ 29] Soit
f
′
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=\exp(-a\;t)\;f(t)}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace }}
=
∫
0
−
+
∞
exp
[
−
(
p
+
a
)
t
]
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-(p+a)\,t\right]\,f(t)\;dt\;}
[ 29] , [ 13] Soit
f
′
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=\exp(-a\;t)\;f(t)}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace }}
dans la mesure où
ℜ
(
p
)
>
α
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha -a\;}
»[ 51] ;
nous établissons ci-après la propriété suivante connue sous le nom de « règle de translation en
p
{\displaystyle \;p\;}
»
Règle de translation en p [ou conséquence de la multiplication par une fonction exponentielle sur la transformée (monolatérale) de Laplace d'une fonction ou distribution]
Avec «
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace
[ 1] de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou
distribution
)
{\displaystyle {\big )}}
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
»
[ 31] Avec «
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }\;}
la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace d'« abscisse de convergence
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
» et
Avec «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \;}
celle de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou de la
distribution [ 29]
)
{\displaystyle {\big )}}
f
′
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
{\displaystyle \;f'(t)=\exp(-a\;t)\;f(t)\;}
avec
a
∈
R
∗
{\displaystyle \;a\in \mathbb {R} ^{*}\;}
»
[ 50] Avec «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace }\;}
celle de la fonction
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace \exp(-a\;t)\;f(t)\right\rbrace \;}
d'« abscisse de convergence
α
′
=
α
−
a
{\displaystyle \;\alpha '=\alpha -a\;}
[ 51] »,
ces deux transformées de Laplace
[ 1] sont liées par la relation suivante :
«
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace \exp(-a\;t)\;f(t)\right\rbrace \!\left[p\right]\;}
[ 47] avec
a
∈
R
∗
{\displaystyle \;a\in \mathbb {R} ^{*}\;}
=
L
{
f
(
t
)
}
[
p
+
a
]
{\displaystyle ={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \!\left[p+a\right]\;}
[ 52] pour
ℜ
(
p
)
>
α
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha -a\;}
[ 51] ».
Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace \exp(-a\;t)\;f(t)\right\rbrace \!\left[p\right]\;}
[ 47]
=
∫
0
−
+
∞
exp
[
−
(
p
+
a
)
t
]
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left[-(p+a)\,t\right]\,f(t)\;dt\;}
[ 13] , [ 35] dans le domaine de validité de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace \exp(-a\;t)\;f(t)\right\rbrace \!\left[p\right]}\;}
=
exp
[
−
(
p
+
a
)
t
]
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \color {transparent}{=\exp \!\left[-(p+a)\,t\right]\,f(t)\;dt}\;}
dans le domaine de
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]\;}
» c'est-à-dire «
ℜ
(
p
)
>
α
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha -a\;}
avec Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace \exp(-a\;t)\;f(t)\right\rbrace \!\left[p\right]}\;}
=
exp
[
−
(
p
+
a
)
t
]
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \color {transparent}{=\exp \!\left[-(p+a)\,t\right]\,f(t)\;dt}\;}
dans le domaine de
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
»[ 51] , ou encore, Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace \exp(-a\;t)\;f(t)\right\rbrace \!\left[p\right]}\;}
=
exp
[
−
(
p
+
a
)
t
]
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \color {transparent}{=\exp \!\left[-(p+a)\,t\right]\,f(t)\;dt}\;}
en remplaçant
p
+
a
{\displaystyle \;p+a\;}
par
p
′
{\displaystyle \;p'}
, on obtient Démonstration : « pour calculer
L
{
f
′
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace \exp(-a\;t)\;f(t)\right\rbrace \!\left[p\right]\;}
[ 47]
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
′
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p'\;t)\;f(t)\;dt\;}
[ 13] , [ 35] s'identifiant à «
L
{
f
(
t
)
}
[
p
′
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \!\left[p'\right]\;}
[ 47] si
ℜ
(
p
′
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p')>\alpha \;}
⇔
{\displaystyle \Leftrightarrow }
ℜ
(
p
)
>
α
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha -a\;}
»[ 51] .
Remarque 1 : « si
a
{\displaystyle \;a\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}
» la fonction exponentielle
exp
(
−
a
t
)
{\displaystyle \;\exp(-a\;t)\;}
est une fonction
↘
{\displaystyle \;\searrow \;}
de
t
{\displaystyle \;t\;}
traduisant un « amortissement exponentiel de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}}
f
′
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
{\displaystyle \;f'(t)=\exp(-a\;t)\;f(t)\;}
» et simultanément « le domaine de validité de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] s'élargit » car la « nouvelle abscisse de convergence
α
′
=
α
−
a
<
α
{\displaystyle \;\alpha '=\alpha -a<\alpha \;}
» alors que
Remarque 1 : « si
a
{\displaystyle \;a\;}
est
<
0
{\displaystyle \;<0\;}
» la fonction exponentielle
exp
(
−
a
t
)
{\displaystyle \;\exp(-a\;t)\;}
est une fonction
↗
{\displaystyle \;\nearrow \;}
de
t
{\displaystyle \;t\;}
traduisant une « amplification exponentielle de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}}
f
′
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
f
(
t
)
{\displaystyle \;f'(t)=\exp(-a\;t)\;f(t)\;}
» et simultanément « le domaine de validité de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] s'amenuise » car la « nouvelle abscisse de convergence
α
′
=
α
−
a
>
α
{\displaystyle \;\alpha '=\alpha -a>\alpha \;}
».
Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}\;}
avec
a
_
=
ℜ
(
a
_
)
+
i
ℑ
(
a
_
)
{\displaystyle \;{\underline {a}}=\Re ({\underline {a}})+i\,\Im ({\underline {a}})\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
exp
(
−
a
_
t
)
=
exp
[
−
ℜ
(
a
_
)
t
]
exp
[
−
i
ℑ
(
a
_
)
t
]
{\displaystyle \;\exp \!\left(-{\underline {a}}\;t\right)=\exp \!\left[-\Re ({\underline {a}})\;t\right]\,\exp \!\left[-i\,\Im ({\underline {a}})\;t\right]\;}
définissant une fonction complexe dont les parties réelle et imaginaire Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
avec
a
_
=
ℜ
(
a
_
)
+
i
ℑ
(
a
_
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}=\Re ({\underline {a}})+i\,\Im ({\underline {a}})}\;}
⇒
{\displaystyle \color {transparent}{\Rightarrow }}
exp
(
−
a
_
t
)
=
exp
[
−
ℜ
(
a
_
)
t
]
exp
[
−
i
ℑ
(
a
_
)
t
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{\exp \!\left(-{\underline {a}}\;t\right)=\exp \!\left[-\Re ({\underline {a}})\;t\right]\,\exp \!\left[-i\,\Im ({\underline {a}})\;t\right]}\;}
sont
{
ℜ
[
exp
(
−
a
_
t
)
]
=
exp
[
−
ℜ
(
a
_
)
t
]
cos
[
ℑ
(
a
_
)
t
]
ℑ
[
exp
(
−
a
_
t
)
]
=
−
exp
[
−
ℜ
(
a
_
)
t
]
sin
[
ℑ
(
a
_
)
t
]
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{r}\Re \left[\exp \!\left(-{\underline {a}}\;t\right)\right]\!\!&=&\!\!\exp \!\left[-\Re ({\underline {a}})\;t\right]\;\cos \!\left[\Im ({\underline {a}})\;t\right]\\\Im \left[\exp \!\left(-{\underline {a}}\;t\right)\right]\!\!&=&\!\!-\exp \!\left[-\Re ({\underline {a}})\;t\right]\;\sin \!\left[\Im ({\underline {a}})\;t\right]\end{array}}\right\rbrace }
; Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
la « nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}}
complexe
f
′
_
(
t
)
=
exp
(
−
a
_
t
)
f
(
t
)
{\displaystyle \;{\underline {f'}}(t)=\exp \!\left(-{\underline {a}}\;t\right)\;f(t)\;}
»
{
{\displaystyle {\big \{}}
produit de la fonction ou
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
réelle
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
la « nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}}
complexe
f
′
_
(
t
)
=
exp
(
−
a
_
t
)
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {f'}}(t)=\exp \!\left(-{\underline {a}}\;t\right)\;f(t)}\;}
»
{
{\displaystyle \color {transparent}{\big \{}}
produit de la fonction par l'exponentielle complexe
}
{\displaystyle {\big \}}\;}
Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
la « nouvelle fonction a pour « parties réelle et imaginaire
{
ℜ
[
f
′
_
(
t
)
]
=
ℜ
[
exp
(
−
a
_
t
)
f
(
t
)
]
=
exp
[
−
ℜ
(
a
_
)
t
]
cos
[
ℑ
(
a
_
)
t
]
f
(
t
)
ℑ
[
f
′
_
(
t
)
]
=
ℑ
[
exp
(
−
a
_
t
)
f
(
t
)
]
=
−
exp
[
−
ℜ
(
a
_
)
t
]
sin
[
ℑ
(
a
_
)
t
]
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{r}\Re \left[{\underline {f'}}(t)\right]=\Re \left[\exp \!\left(-{\underline {a}}\;t\right)\;f(t)\right]\!\!&=&\!\!\exp \!\left[-\Re ({\underline {a}})\;t\right]\;\cos \!\left[\Im ({\underline {a}})\;t\right]\;f(t)\\\Im \left[{\underline {f'}}(t)\right]=\Im \left[\exp \!\left(-{\underline {a}}\;t\right)\;f(t)\right]\!\!&=&\!\!-\exp \!\left[-\Re ({\underline {a}})\;t\right]\;\sin \!\left[\Im ({\underline {a}})\;t\right]\;f(t)\end{array}}\right\rbrace }
» Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
la « nouvelle fonction a pour « parties réelle et imaginaire lesquelles admettent toutes deux une transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
la « nouvelle fonction a pour « parties réelle et imaginaire sous la même « condition de convergence
ℜ
(
p
)
>
α
′
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha '\;}
avec
α
′
=
α
−
ℜ
(
a
_
)
{\displaystyle \;\alpha '=\alpha -\Re ({\underline {a}})\;}
»[ 53] ; Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
on en déduit la « définition de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
L
_
{
}
{\displaystyle \;{\underline {\mathcal {L}}}\left\lbrace \right\rbrace \;}
d'une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
complexe
f
′
_
(
t
)
{\displaystyle \;{\underline {f'}}(t)\;}
» Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
on en déduit à partir de celle des parties réelle et imaginaire de cette dernière selon
⟨
L
{
ℜ
[
f
′
_
(
t
)
]
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
ℜ
[
f
′
_
(
t
)
]
d
t
L
{
ℑ
[
f
′
_
(
t
)
]
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
ℑ
[
f
′
_
(
t
)
]
d
t
⟩
{\displaystyle \;{\Bigg \langle }{\begin{array}{c}{\mathcal {L}}\left\lbrace \Re \!\left[{\underline {f'}}(t)\right]\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\;t)\;\Re \!\left[{\underline {f'}}(t)\right]\,dt\\{\mathcal {L}}\left\lbrace \Im \!\left[{\underline {f'}}(t)\right]\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\;t)\;\Im \!\left[{\underline {f'}}(t)\right]\,dt\end{array}}{\Bigg \rangle }\;}
[ 54]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
on en déduit «
L
_
{
f
′
_
(
t
)
}
=
L
{
ℜ
[
f
′
_
(
t
)
]
}
+
i
L
{
ℑ
[
f
′
_
(
t
)
]
}
{\displaystyle \;{\underline {\mathcal {L}}}\left\lbrace {\underline {f'}}(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace \Re \!\left[{\underline {f'}}(t)\right]\right\rbrace +i\;{\mathcal {L}}\left\lbrace \Im \!\left[{\underline {f'}}(t)\right]\right\rbrace \;}
»[ 55] ou encore Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
on en déduit «
L
_
{
f
′
_
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
ℜ
[
f
′
_
(
t
)
]
d
t
+
i
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
ℑ
[
f
′
_
(
t
)
]
d
t
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
′
_
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\underline {\mathcal {L}}}\left\lbrace {\underline {f'}}(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\;t)\;\Re \!\left[{\underline {f'}}(t)\right]\,dt+i\;\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\;t)\;\Im \!\left[{\underline {f'}}(t)\right]\,dt=\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\;t)\;{\underline {f'}}(t)\;dt\;}
»[ 13] , [ 35] c'est-à-dire Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
on en déduit la même définition que celle d'une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
réelle ; Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
il est alors aisé d'établir «
L
_
{
f
′
_
(
t
)
}
[
p
]
=
L
_
{
exp
(
−
a
_
t
)
f
(
t
)
}
[
p
]
=
L
{
f
(
t
)
}
[
p
+
a
_
]
{\displaystyle \;{\underline {\mathcal {L}}}\left\lbrace {\underline {f'}}(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\underline {\mathcal {L}}}\left\lbrace \exp(-{\underline {a}}\;t)\;f(t)\right\rbrace \!\left[p\right]={\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \!\left[p+{\underline {a}}\right]\;}
pour
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}\;}
»[ 56]
et Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
il est alors aisé d'en déduire la « convergence de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace [ 1] complexe de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
complexe Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
il est alors aisé d'en déduire la « convergence de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace complexe de
f
′
_
(
t
)
=
exp
(
−
a
_
t
)
f
(
t
)
{\displaystyle \;{\underline {f'}}(t)=\exp(-{\underline {a}}\;t)\;f(t)\;}
soit Remarque 2 : Envisageons maintenant
a
_
∈
C
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {a}}\in \mathbb {C} ^{*}}\;}
il est alors aisé d'en déduire la « convergence
ℜ
(
p
)
>
α
′
=
α
−
ℜ
(
a
_
)
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha '=\alpha -\Re ({\underline {a}})\;}
avec
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
».
Fonction holomorphe en une valeur du domaine de définition
Une « fonction complexe
F
_
{\displaystyle \;{\underline {F}}\;}
d'une variable complexe
z
_
{\displaystyle \;{\underline {z}}\;}
définie sur un ouvert
Ω
⊂
C
{\displaystyle \;\Omega \subset \mathbb {C} \;}
» est dite « holomorphe en
z
0
_
∈
Ω
{\displaystyle \;{\underline {z_{0}}}\in \Omega \;}
»
si, « pour
z
_
∈
Ω
{\displaystyle \;{\underline {z}}\in \Omega }
,
lim
z
_
→
z
0
_
F
_
(
z
_
)
−
F
_
(
z
0
_
)
z
_
−
z
0
_
{\displaystyle \;\lim \limits _{{\underline {z}}\,\rightarrow \,{\underline {z_{0}}}}{\dfrac {{\underline {F}}({\underline {z}})-{\underline {F}}({\underline {z_{0}}})}{{\underline {z}}-{\underline {z_{0}}}}}\;}
existe en étant indépendante de la direction d'approche de
z
0
_
{\displaystyle \;{\underline {z_{0}}}\;}
à partir de
z
_
{\displaystyle \;{\underline {z}}\;}
», « cette limite définissant la dérivée de
F
_
(
z
_
)
{\displaystyle \;{\underline {F}}({\underline {z}})\;}
en
z
0
_
{\displaystyle \;{\underline {z_{0}}}\;}
» et étant notée «
F
_
′
(
z
0
_
)
{\displaystyle \;{\underline {F}}'({\underline {z_{0}}})\;}
ou
D
F
_
(
z
0
_
)
{\displaystyle \;D{\underline {F}}({\underline {z_{0}}})\;}
»[ 57] ou
en explicitant la direction d'approche,
[
h
_
{\displaystyle \;{\big [}{\underline {h}}\;}
étant un complexe quelconque de module unité définissant une direction d'approche de
z
0
_
{\displaystyle \;{\underline {z_{0}}}\;}
à partir de
z
_
]
{\displaystyle \;{\underline {z}}{\big ]}}
, si «
lim
u
→
0
F
_
(
z
0
_
+
u
h
_
)
−
F
_
(
z
0
_
)
u
{\displaystyle \;\lim \limits _{u\,\rightarrow \,0}{\dfrac {{\underline {F}}({\underline {z_{0}}}+u\,{\underline {h}})-{\underline {F}}({\underline {z_{0}}})}{u}}\;}
existe
∀
h
_
{\displaystyle \;\forall \,{\underline {h}}\;}
[ 58] et est indépendante de
h
_
{\displaystyle \;{\underline {h}}\;}
», « cette limite indepndante de la direction d'approche de
z
0
_
{\displaystyle \;{\underline {z_{0}}}\;}
à partir de
z
_
{\displaystyle \;{\underline {z}}\;}
définissant la dérivée de
F
_
(
z
_
)
{\displaystyle \;{\underline {F}}({\underline {z}})\;}
en
z
0
_
{\displaystyle \;{\underline {z_{0}}}\;}
» et étant simplement notée
D
F
_
(
z
0
_
)
{\displaystyle \;D{\underline {F}}({\underline {z_{0}}})\;}
»[ 59] .
Fonction holomorphe sur un ouvert du domaine de définition
Remarques : Dans la mesure où la fonction complexe
F
_
(
z
_
)
{\displaystyle \;{\underline {F}}({\underline {z}})\;}
est holomorphe sur l'ouvert
Ω
{\displaystyle \;\Omega \;}
sur laquelle elle est définie, on peut
Remarques :
≻
{\displaystyle \succ \;}
définir la « fonction complexe dérivée
F
_
′
(
z
_
)
=
D
F
_
(
z
_
)
=
d
F
_
d
z
_
(
z
_
)
{\displaystyle \;{\underline {F}}'({\underline {z}})=D{\underline {F}}({\underline {z}})={\dfrac {d{\underline {F}}}{d{\underline {z}}}}({\underline {z}})\;}
» et étudier son éventuelle holomorphie et si celle-ci est établie,
Remarques :
≻
{\displaystyle \succ \;}
définir la « fonction complexe dérivée seconde
F
_
″
(
z
_
)
=
D
2
F
_
(
z
_
)
=
d
2
F
_
d
z
_
2
(
z
_
)
{\displaystyle \;{\underline {F}}''({\underline {z}})=D^{2}{\underline {F}}({\underline {z}})={\dfrac {d^{2}{\underline {F}}}{d{\underline {z}}^{2}}}({\underline {z}})\;}
» et étudier son éventuelle holomorphie
Remarques :
≻
{\displaystyle \succ \;}
…
{\displaystyle \ldots }
Holomorphie de la transformée (monolatérale) de Laplace d'une fonction (ou d'une distribution)
Démonstration : Pour démontrer que la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] d'une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou d'une distribution
)
{\displaystyle {\big )}}
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
s'écrivant Démonstration : Pour démontrer que «
L
{
f
(
t
)
}
[
p
]
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \left[p\right]=\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\;t)\;f(t)\;dt\;}
»[ 13] , [ 35] est « holomorphe à n'importe quel ordre sur tout ouvert satisfaisant
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
Démonstration : Pour démontrer que «
L
{
f
(
t
)
}
[
p
]
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \left[p\right]=\exp(-p\;t)\;f(t)\;dt}\;}
» est « holomorphe à n'importe quel ordre avec
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
[
p
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \left[p\right]\;}
», Démonstration : Pour démontrer que «
L
{
f
(
t
)
}
[
p
]
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \left[p\right]=\exp(-p\;t)\;f(t)\;dt}\;}
» est « holomorphe on vérifie d'abord la propriété pour
n
=
1
{\displaystyle \;n=1\;}
puis on l'établit par récurrence soit Démonstration : Pour démontrer
≻
{\displaystyle \succ \;}
« pour
n
=
1
{\displaystyle \;n=1\;}
»,
d
L
{
f
(
t
)
}
d
p
=
d
[
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
]
d
p
{\displaystyle \;{\dfrac {d{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp}}={\dfrac {d\left[\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\;t)\;f(t)\;dt\right]}{dp}}\;}
[ 13] , [ 35] soit, en permutant l'intégration sur
t
{\displaystyle \;t\;}
et la dérivation par rapport à
p
{\displaystyle \;p}
, Démonstration : Pour démontrer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
n
=
1
{\displaystyle \;\color {transparent}{n=1}\;}
»,
d
L
{
f
(
t
)
}
d
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{\dfrac {d{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp}}}
=
∫
0
−
+
∞
d
exp
(
−
p
t
)
d
p
f
(
t
)
d
t
=
∫
0
−
+
∞
−
t
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }{\dfrac {d\exp(-p\;t)}{dp}}\;f(t)\;dt=\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }-t\;\exp(-p\;t)\;f(t)\;dt\;}
[ 13] , [ 35] et finalement «
d
L
{
f
(
t
)
}
d
p
=
−
L
{
t
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\dfrac {d{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp}}=-{\mathcal {L}}\left\lbrace t\;f(t)\right\rbrace \;}
» C.Q.F.D[ 64] ., Démonstration : Pour démontrer
≻
{\displaystyle \succ \;}
hypothèse de récurrence «
d
n
L
{
f
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
L
{
t
n
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;f(t)\right\rbrace \;}
pour
n
∈
N
∗
{\displaystyle \;n\in \mathbb {N} ^{*}\;}
quelconque », Démonstration : Pour démontrer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
on forme
d
(
n
+
1
)
L
{
f
(
t
)
}
d
p
(
n
+
1
)
=
d
[
(
−
1
)
n
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
t
n
f
(
t
)
d
t
]
d
p
{\displaystyle \;{\dfrac {d^{(n+1)}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{(n+1)}}}={\dfrac {d\left[(-1)^{n}\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\;t)\;t^{n}\;f(t)\;dt\right]}{dp}}\;}
[ 13] , [ 35] soit, en permutant l'intégration sur
t
{\displaystyle \;t\;}
et la dérivation par rapport à
p
{\displaystyle \;p}
, Démonstration : Pour démontrer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
on forme
d
(
n
+
1
)
L
{
f
(
t
)
}
d
p
(
n
+
1
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{\dfrac {d^{(n+1)}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{(n+1)}}}}
=
(
−
1
)
n
∫
0
−
+
∞
d
exp
(
−
p
t
)
d
p
t
n
f
(
t
)
d
t
=
(
−
1
)
n
∫
0
−
+
∞
−
t
exp
(
−
p
t
)
t
n
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle =(-1)^{n}\;\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }{\dfrac {d\exp(-p\;t)}{dp}}\;t^{n}\;f(t)\;dt=(-1)^{n}\;\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }-t\;\exp(-p\;t)\;t^{n}\;f(t)\;dt\;}
[ 13] , [ 35] et, en regroupant les facteurs, Démonstration : Pour démontrer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
on forme «
d
(
n
+
1
)
L
{
f
(
t
)
}
d
p
(
n
+
1
)
=
(
−
1
)
(
n
+
1
)
L
{
t
(
n
+
1
)
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\dfrac {d^{(n+1)}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{(n+1)}}}=(-1)^{(n+1)}\;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{(n+1)}\;f(t)\right\rbrace \;}
» C.Q.F.D[ 64] ., Démonstration : Pour démontrer
≻
{\displaystyle \succ \;}
la propriété
P
n
{\displaystyle \;{\mathcal {P}}_{n}\;}
«
d
n
L
{
f
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
L
{
t
n
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;f(t)\right\rbrace \;}
» étant « vraie pour
n
=
1
{\displaystyle \;n=1\;}
» avec «
P
n
{\displaystyle \;{\mathcal {P}}_{n}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
P
(
n
+
1
)
{\displaystyle \;{\mathcal {P}}_{(n+1)}\;}
» est établie par récurrence pour tout
n
∈
N
∗
{\displaystyle \;n\in \mathbb {N} ^{*}}
.
Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] avec Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt}\;}
«
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
», Soit
f
′
(
t
)
=
t
n
f
(
t
)
{\displaystyle \;f'(t)=t^{n}\;f(t)\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution [ 18]
)
{\displaystyle {\big )}\;}
résultant de la multiplication de
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
par la fonction
t
n
{\displaystyle \;t^{n}\;}
puissance nème de
t
{\displaystyle \;t\;}
avec
n
∈
N
∗
{\displaystyle \;n\in \mathbb {N} ^{*}\;}
[ 65] et Soit
f
′
(
t
)
=
t
n
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=t^{n}\;f(t)}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
′
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f'(t)\;dt\;}
[ 29] Soit
f
′
(
t
)
=
t
n
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=t^{n}\;f(t)}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace }}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
t
n
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp \!\left(-p\;t\right)\;t^{n}\;f(t)\;dt\;}
[ 29] , [ 13] Soit
f
′
(
t
)
=
t
n
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t)=t^{n}\;f(t)}\;}
une nouvelle fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
′
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace }}
dans la mesure où
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 66] ;
de la relation «
d
n
L
{
f
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
L
{
t
n
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;f(t)\right\rbrace \;}
pour tout
n
∈
N
∗
{\displaystyle \;n\in \mathbb {N} ^{*}\;}
» établie au paragraphe « holomorphie de la transformée (monolatérale) de Laplace » plus haut dans ce chapitre, de la relation on en déduit «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
t
n
f
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
f
(
t
)
}
d
p
n
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;f(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}\;}
pour
n
∈
N
∗
{\displaystyle \;n\in \mathbb {N} ^{*}\;}
» soit
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
« pour
n
=
1
{\displaystyle \;n=1}
,
L
{
t
f
(
t
)
}
=
−
d
L
{
f
(
t
)
}
d
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t\;f(t)\right\rbrace =-{\dfrac {d{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp}}\;}
», de la relation on en déduit «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
t
n
f
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
f
(
t
)
}
d
p
n
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;f(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}}\;}
pour
n
∈
N
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{n\in \mathbb {N} ^{*}}\;}
» soit
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
« pour
n
=
2
{\displaystyle \;n=2}
,
L
{
t
2
f
(
t
)
}
=
d
2
L
{
f
(
t
)
}
d
p
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{2}\;f(t)\right\rbrace ={\dfrac {d^{2}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{2}}}\;}
» de la relation on en déduit «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
t
n
f
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
f
(
t
)
}
d
p
n
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;f(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}}\;}
pour
n
∈
N
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{n\in \mathbb {N} ^{*}}\;}
» soit
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
« pour
n
=
3
{\displaystyle \;n=3}
,
L
{
t
3
f
(
t
)
}
=
−
d
3
L
{
f
(
t
)
}
d
p
3
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{3}\;f(t)\right\rbrace =-{\dfrac {d^{3}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{3}}}\;}
» de la relation on en déduit «
L
{
f
′
(
t
)
}
=
L
{
t
n
f
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
f
(
t
)
}
d
p
n
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;f(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}}\;}
pour
n
∈
N
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{n\in \mathbb {N} ^{*}}\;}
» soit
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
…
{\displaystyle \ldots }
Application : soit à « évaluer
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace \;}
avec
n
∈
N
∗
{\displaystyle \;n\in \mathbb {N} ^{*}\;}
et
Y
(
t
)
{\displaystyle \;Y(t)\;}
la fonction de Heaviside[ 20] connaissant
L
{
Y
(
t
)
}
=
1
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{p}}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re e(p)>0\;}
»[ 67] , l'application du résultat ci-dessus nous conduit à Application : soit à évaluer «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
Y
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
d
n
(
1
p
)
d
p
n
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}{dp^{n}}}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re e(p)>0\;}
» soit successivement
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
L
{
t
Y
(
t
)
}
=
−
d
(
1
p
)
d
p
=
1
p
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t\;Y(t)\right\rbrace =-{\dfrac {d\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}{dp}}={\dfrac {1}{p^{2}}}\;}
», Application : soit à évaluer «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
Y
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
d
n
(
1
p
)
d
p
n
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}{dp^{n}}}}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» soit successivement
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
L
{
t
2
Y
(
t
)
}
=
d
2
(
1
p
)
d
p
2
=
2
p
3
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{2}\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {d^{2}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}{dp^{2}}}={\dfrac {2}{p^{3}}}\;}
»[ 68] , Application : soit à évaluer «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
Y
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
d
n
(
1
p
)
d
p
n
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}{dp^{n}}}}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» soit successivement
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
L
{
t
3
Y
(
t
)
}
=
−
d
3
(
1
p
)
d
p
3
=
6
p
4
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{3}\;Y(t)\right\rbrace =-{\dfrac {d^{3}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}{dp^{3}}}={\dfrac {6}{p^{4}}}\;}
»[ 69] , Application : soit à évaluer «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
Y
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
d
n
(
1
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;d^{n}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» soit successivement
∙
{\displaystyle \bullet \;}
hypothèse de récurrence «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
n
!
p
n
+
1
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {n!}{p^{n+1}}}\;}
» Application : soit à évaluer «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
Y
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
d
n
(
1
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;d^{n}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» soit successivement
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
hypothèse de récurrence
(
{\displaystyle {\big (}}
vérifiée pour
n
=
1
)
{\displaystyle \;n=1{\big )}}
, on en déduit Application : soit à évaluer «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
Y
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
d
n
(
1
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;d^{n}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» soit successivement
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
L
{
t
(
n
+
1
)
Y
(
t
)
}
=
L
{
t
[
t
n
Y
(
t
)
]
}
=
−
d
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
d
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{(n+1)}\;Y(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace t\,\left[t^{n}\;Y(t)\right]\right\rbrace =-{\dfrac {d{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace }{dp}}}
Application : soit à évaluer «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
Y
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
d
n
(
1
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;d^{n}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» soit successivement
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
L
{
t
(
n
+
1
)
Y
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{(n+1)}\;Y(t)\right\rbrace }}
=
−
d
[
n
!
p
(
n
+
1
)
]
d
p
{\displaystyle =-{\dfrac {d\!\left[{\dfrac {n!}{p^{(n+1)}}}\right]}{dp}}}
, soit encore Application : soit à évaluer «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
Y
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
d
n
(
1
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;d^{n}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» soit successivement
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
L
{
t
(
n
+
1
)
Y
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{(n+1)}\;Y(t)\right\rbrace }}
=
(
n
+
1
)
n
!
p
(
n
+
2
)
=
(
n
+
1
)
!
p
(
n
+
2
)
{\displaystyle =(n+1)\;{\dfrac {n!}{p^{(n+2)}}}={\dfrac {(n+1)!}{p^{(n+2)}}}\;}
» Application : soit à évaluer «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
Y
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
d
n
(
1
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;d^{n}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» soit successivement
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
ce qui valide l'hypothèse de récurrence d'où
Application : soit à évaluer «
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
(
−
1
)
n
d
n
L
{
Y
(
t
)
}
d
p
n
=
(
−
1
)
n
d
n
(
1
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace =(-1)^{n}\;{\dfrac {d^{n}{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace }{dp^{n}}}=(-1)^{n}\;d^{n}\!\left({\dfrac {1}{p}}\right)}\;}
si
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» soit successivement
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
L
{
t
n
Y
(
t
)
}
=
n
!
p
(
n
+
1
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace t^{n}\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {n!}{p^{(n+1)}}}\;}
pour
n
∈
N
∗
{\displaystyle \;n\in \mathbb {N} ^{*}\;}
et
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re e(p)>0\;}
».
Soit
f
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;f(t,\,m)\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
dépendant du paramètre
m
{\displaystyle \;m\;}
relativement auquel elle est dérivable[ 29] et Soit
f
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t,\,m)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
(
t
,
m
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t,\,m)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] avec «
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse Soit
f
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t,\,m)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
(
t
,
m
)
}
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace =\exp(-p\,t)\;f(t,\,m)\;dt}\;}
de convergence de
L
{
f
(
t
,
m
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace \;}
», Soit
f
′
(
t
,
m
)
=
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;f'(t,\,m)=\left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\;}
la dérivée de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
relativement au paramètre
m
{\displaystyle \;m\;}
[ 29] Soit
f
′
(
t
,
m
)
=
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t,\,m)=\left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)}\;}
la dérivée de la fonction admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
′
(
t
,
m
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
′
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t,\,m)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f'(t,\,m)\;dt\;}
[ 13] , [ 29] Soit
f
′
(
t
,
m
)
=
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t,\,m)=\left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)}\;}
la dérivée de la fonction admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
′
(
t
,
m
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t,\,m)\right\rbrace }}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\;dt\;}
[ 13] , [ 29] avec, dans le Soit
f
′
(
t
,
m
)
=
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t,\,m)=\left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)}\;}
la dérivée de la fonction admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace cas général, la même condition de convergence que celle de
L
{
f
(
t
,
m
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace \;}
soit Soit
f
′
(
t
,
m
)
=
(
∂
f
)
t
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f'(t,\,m)=\left(\partial f\right)_{\!t}(t,\,m)}\;}
la dérivée de la fonction admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace cas général, la même condition de convergence
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 70] ;
nous établissons ci-dessous la propriété de « permutation de la transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] et de la dérivation par rapport à un paramètre »
«
L
{
f
′
(
t
,
m
)
}
=
L
{
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
}
=
(
∂
L
{
f
(
t
,
m
)
}
∂
m
)
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f'(t,\,m)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace \left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\right\rbrace =\left({\dfrac {\partial {\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace }{\partial m}}\right)_{\!p}\;}
».
Démonstration : partant de «
L
{
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] , on permute la dérivation par rapport à
m
{\displaystyle \;m\;}
et l'intégration par rapport à
t
{\displaystyle \;t\;}
[ 71] et Démonstration : partant de «
L
{
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\;dt}\;}
si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re (p)>\alpha }\;}
», on obtient «
L
{
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
}
=
(
∂
[
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
,
m
)
d
t
]
∂
m
)
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\right\rbrace =\left({\dfrac {\partial \left[\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t,\,m)\;dt\right]}{\partial m}}\right)_{\!p}}
Démonstration : partant de «
L
{
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\;dt}\;}
si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re (p)>\alpha }\;}
», on obtient «
L
{
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\right\rbrace }}
=
(
∂
L
{
f
(
t
,
m
)
}
∂
m
)
p
{\displaystyle =\left({\dfrac {\partial {\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace }{\partial m}}\right)_{\!p}\;}
» sous la même Démonstration : partant de «
L
{
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
(
∂
f
∂
m
)
t
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial m}}\right)_{\!t}(t,\,m)\;dt}\;}
si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re (p)>\alpha }\;}
», on obtient condition de convergence
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
dans le cas général[ 70] .
Soit
f
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;f(t,\,m)\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
dépendant du paramètre
m
{\displaystyle \;m\;}
relativement auquel elle est intégrable[ 29] et Soit
f
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t,\,m)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
(
t
,
m
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t,\,m)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] avec «
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse Soit
f
(
t
,
m
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t,\,m)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
(
t
,
m
)
}
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace =\exp(-p\,t)\;f(t,\,m)\;dt}\;}
de convergence de
L
{
f
(
t
,
m
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace \;}
», Soit
f
″
(
t
,
m
)
=
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
{\displaystyle \;f''(t,\,m)=\displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\;}
la primitive de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
relativement au paramètre
m
{\displaystyle \;m\;}
[ 29] s'annulant
m
=
0
{\displaystyle \;m=0}
, Soit
f
″
(
t
,
m
)
=
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
{\displaystyle \;\color {transparent}{f''(t,\,m)=\displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'}\;}
la primitive de la fonction admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
″
(
t
,
m
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
″
(
t
,
m
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f''(t,\,m)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f''(t,\,m)\;dt\;}
[ 13] , [ 29] Soit
f
″
(
t
,
m
)
=
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
{\displaystyle \;\color {transparent}{f''(t,\,m)=\displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'}\;}
la primitive de la fonction admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
″
(
t
,
m
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f''(t,\,m)\right\rbrace }}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
[
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
]
d
t
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\left[\displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right]\;dt\;}
[ 13] , [ 29] Soit
f
″
(
t
,
m
)
=
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
{\displaystyle \;\color {transparent}{f''(t,\,m)=\displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'}\;}
la promitive de la fonction admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace avec, dans le cas général, la même condition de convergence que Soit
f
″
(
t
,
m
)
=
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
{\displaystyle \;\color {transparent}{f''(t,\,m)=f(t,\,m')\;dm'}\;}
la primitive de la fonction admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace avec, dans le cas général, celle de
L
{
f
(
t
,
m
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace \;}
soit
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 72] ;
nous établissons ci-dessous la propriété de « permutation de la transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] et de l'intégration par rapport à un paramètre »
«
L
{
f
″
(
t
,
m
)
}
=
L
{
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
}
=
∫
0
m
L
{
f
(
t
,
m
′
)
}
d
m
′
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f''(t,\,m)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right\rbrace =\displaystyle \int _{0}^{m}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m')\right\rbrace \,dm'\;}
».
Démonstration : partant de «
L
{
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
[
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
]
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\left[\displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right]\,dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] , on permute l'intégration par rapport à
m
{\displaystyle \;m\;}
et celle par rapport à
t
{\displaystyle \;t\;}
[ 73]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
Démonstration : partant de «
L
{
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
[
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
]
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\left[\displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right]\,dt}\;}
«
L
{
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
}
=
∫
0
m
[
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
,
m
′
)
d
t
]
d
m
′
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right\rbrace =\displaystyle \int _{0}^{m}\left[\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t,\,m')\;dt\right]\,dm'}
Démonstration : partant de «
L
{
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
[
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
]
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\left[\displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right]\,dt}\;}
«
L
{
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right\rbrace }}
=
∫
0
m
L
{
f
(
t
,
m
′
)
}
d
m
′
{\displaystyle =\displaystyle \int _{0}^{m}{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m')\right\rbrace \,dm'\;}
» sous la même condition de Démonstration : partant de «
L
{
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
[
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
]
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;\left[\displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right]\,dt}\;}
«
L
{
∫
0
m
f
(
t
,
m
′
)
d
m
′
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace \displaystyle \int _{0}^{m}f(t,\,m')\;dm'\right\rbrace }}
convergence
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
dans le cas général[ 72] .
Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de période
T
{\displaystyle \;T\;}
c'est-à-dire telle que «
f
(
t
+
T
)
=
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t+T)=f(t)\;}
» et Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
L
{
f
(
t
,
m
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t,\,m)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] avec «
α
⩾
0
{\displaystyle \;\alpha \geqslant 0\;}
[ 74] abscisse Soit
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
une fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant pour transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace «
L
{
f
(
t
)
}
=
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt}\;}
de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
» ;
nous établissons ci-dessous la propriété « traduisant la périodicité de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
sur la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de cette dernière »
«
L
{
f
(
t
)
}
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
1
−
exp
(
−
p
T
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace ={\dfrac {\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt}{1-\exp(-p\;T)}}\;}
»[ 29] .
Démonstration : partant de «
L
{
f
(
t
)
}
=
∫
0
−
+
∞
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0^{-}}^{+\infty }\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
[ 29] si
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
»[ 13] , on décompose l'intégrale sur chaque période selon Démonstration : partant de «
L
{
f
(
t
)
}
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
+
∫
T
2
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
+
∫
2
T
3
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
+
⋯
+
∫
n
T
(
n
+
1
)
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
+
⋯
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt+\displaystyle \int _{T}^{2\,T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt+\displaystyle \int _{2\,T}^{3\,T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt+\cdots +\displaystyle \int _{n\,T}^{(n+1)\,T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt+\cdots \;}
»[ 29] ou, Démonstration : en faisant le « changement de variable
t
=
t
n
+
n
T
{\displaystyle \;t=t_{n}+n\;T\;}
sur l'intégrale
∫
n
T
(
n
+
1
)
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\displaystyle \int _{n\,T}^{(n+1)\,T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
pour se ramener à une intégrale sur
[
0
,
T
]
{\displaystyle \;\left[0\,,\,T\right]\;}
» sachant que
{
f
(
t
)
=
f
(
t
n
)
d
t
=
d
t
n
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{c}f(t)=f(t_{n})\\dt=dt_{n}\end{array}}\right\rbrace \;}
soit Démonstration : en faisant le « changement de variable
t
=
t
n
+
n
T
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=t_{n}+n\;T}\;}
sur l'intégrale
∫
n
T
(
n
+
1
)
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
n
)
exp
(
−
p
n
T
)
f
(
t
n
)
d
t
n
{\displaystyle \;\displaystyle \int _{n\,T}^{(n+1)\,T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt=\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t_{n})\;\exp(-p\,n\,T)\;f(t_{n})\;dt_{n}\;}
ou,
t
n
{\displaystyle \;t_{n}\;}
étant une variable muette et Démonstration : en faisant le « changement de variable
t
=
t
n
+
n
T
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=t_{n}+n\;T}\;}
sur l'intégrale
∫
n
T
(
n
+
1
)
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
n
)
exp
(
−
p
n
T
)
f
(
t
n
)
d
t
n
{\displaystyle \;\color {transparent}{\displaystyle \int _{n\,T}^{(n+1)\,T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt=\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t_{n})\;\exp(-p\,n\,T)\;f(t_{n})\;dt_{n}}\;}
ou,
exp
(
−
p
n
T
)
{\displaystyle \;\exp(-p\,n\,T)\;}
une constante, Démonstration : en faisant le « changement de variable
t
=
t
n
+
n
T
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=t_{n}+n\;T}\;}
sur l'intégrale
∫
n
T
(
n
+
1
)
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
=
exp
(
−
p
n
T
)
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\displaystyle \int _{n\,T}^{(n+1)\,T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt=\exp(-p\,n\,T)\;\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
soit, Démonstration : après factorisation par
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
dans la somme, Démonstration : partant de «
L
{
f
(
t
)
}
=
[
1
+
∑
n
∈
N
∗
1
.
.
+
∞
exp
(
−
p
n
T
)
]
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace =\left[1+\sum \limits _{n\,\in \,\mathbb {N} ^{*}}^{1\,..\,+\infty }\exp(-p\,n\;T)\right]\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt\;}
» puis, Démonstration : en reconnaissant dans les termes entre crochets la « somme infinie d'une progression géométrique de 1er terme
1
{\displaystyle \;1\;}
et de raison
exp
(
−
p
T
)
{\displaystyle \;\exp(-p\,T)\;}
de module
<
1
{\displaystyle \;<1\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 75] Démonstration :
[
{\displaystyle {\big [}}
d'où la nécessité que l'abscisse de convergence
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
soit
⩾
0
{\displaystyle \;\geqslant 0\;}
pour que la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)}
,
T
{\displaystyle \;T}
-périodique, existe
]
{\displaystyle {\big ]}\;}
et finalement, Démonstration : partant de «
L
{
f
(
t
)
}
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
f
(
t
)
d
t
1
−
exp
(
−
p
T
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace ={\dfrac {\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;f(t)\;dt}{1-\exp(-p\;T)}}\;}
»[ 29] C.Q.F.D[ 64] .
Liste évidemment non exhaustive.
« Fonction de Heaviside[ 20]
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou échelon unité
)
{\displaystyle {\big )}}
Y
(
t
)
=
{
1
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;Y(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}1\;{\text{si}}\;t>0\\0\;{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace \;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
Y
(
t
)
}
=
1
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{p}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 76] .
« Fonction de Heaviside[ 20]
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou échelon unité
)
{\displaystyle {\big )}\;}
retardé
Y
(
t
−
τ
)
=
{
1
si
t
>
τ
0
si
t
<
τ
}
{\displaystyle \;Y(t-\tau )=\left\lbrace {\begin{array}{l}1\;{\text{si}}\;t>\tau \\0\;{\text{si}}\;t<\tau \end{array}}\right\rbrace \;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
Y
(
t
−
τ
)
}
=
exp
(
−
p
τ
)
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace Y(t-\tau )\right\rbrace ={\dfrac {\exp(-p\,\tau )}{p}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 77] .
« Fonction créneau unité sur
[
0
,
τ
]
{\displaystyle \;\left[0\,,\,\tau \right]}
:
C
[
0
,
τ
]
(
t
)
=
{
0
si
t
>
τ
1
si
0
<
t
<
τ
0
si
t
<
0
}
=
Y
(
t
)
−
Y
(
t
−
τ
)
{\displaystyle \;C_{\left[0\,,\,\tau \right]}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}0\;\;{\text{si}}\;t>\tau \\1\;\;{\text{si}}\;0<t<\tau \\0\;\;{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace =Y(t)-Y(t-\tau )\;}
» d'où
L
{
C
[
0
,
τ
]
(
t
)
}
=
L
{
Y
(
t
)
}
−
L
{
Y
(
t
−
τ
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace C_{\left[0\,,\,\tau \right]}(t)\right\rbrace ={\mathcal {L}}\!\left\lbrace Y(t)\right\rbrace -{\mathcal {L}}\!\left\lbrace Y(t-\tau )\right\rbrace \;}
[ 78] soit « Fonction créneau unité sur
[
0
,
τ
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left[0\,,\,\tau \right]}}
:
C
[
0
,
τ
]
(
t
)
=
{
1
si
0
<
t
<
τ
}
=
Y
(
t
)
−
Y
(
t
−
τ
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{C_{\left[0\,,\,\tau \right]}(t)=\left\lbrace 1\;\;{\text{si}}\;0<t<\tau \right\rbrace =Y(t)-Y(t-\tau )}\;}
» d'où «
L
{
C
[
0
,
τ
]
(
t
)
}
=
1
−
exp
(
−
p
τ
)
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace C_{\left[0\,,\,\tau \right]}(t)\right\rbrace ={\dfrac {1-\exp(-p\,\tau )}{p}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
».
« Pic de Dirac [ 22] d'impulsion unité
δ
(
t
)
=
{
0
si
t
>
0
+
∞
si
t
=
0
0
si
t
<
0
}
=
Y
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\delta (t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}0\qquad {\text{si}}\;t>0\\+\infty \;\;\,{\text{si}}\;t=0\\0\qquad {\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace ={\dot {Y}}(t)\;}
»[ 23]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
δ
(
t
)
}
=
1
,
∀
ℜ
(
p
)
∈
R
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \delta (t)\right\rbrace =1,\;\;\forall \;\Re (p)\in \mathbb {R} \;}
»[ 76] .
« Pic de Dirac [ 22] d'impulsion unité retardé
δ
(
t
−
τ
)
=
{
0
si
t
>
τ
+
∞
si
t
=
τ
0
si
t
<
τ
}
=
Y
˙
(
t
−
τ
)
{\displaystyle \;\delta (t-\tau )=\left\lbrace {\begin{array}{l}0\qquad {\text{si}}\;t>\tau \\+\infty \;\;\,{\text{si}}\;t=\tau \\0\qquad {\text{si}}\;t<\tau \end{array}}\right\rbrace ={\dot {Y}}(t-\tau )\;}
»[ 79]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
δ
(
t
−
τ
)
}
=
exp
(
−
p
τ
)
,
∀
ℜ
(
p
)
∈
R
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \delta (t-\tau )\right\rbrace =\exp(-p\,\tau ),\;\;\forall \;\Re (p)\in \mathbb {R} \;}
»[ 77] .
« Fonction rampe
f
rampe
(
t
)
=
{
a
t
si
t
⩾
0
0
si
t
⩽
0
}
{\displaystyle \;f_{\text{rampe}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\;t\;{\text{si}}\;t\geqslant 0\\0\quad {\text{si}}\;t\leqslant 0\end{array}}\right\rbrace \;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
f
rampe
(
t
)
}
=
a
p
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{rampe}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {a}{p^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 76] .
« Fonction rampe retardée
f
rampe
(
t
−
τ
)
=
{
a
t
si
t
⩾
τ
0
si
t
⩽
τ
}
{\displaystyle \;f_{\text{rampe}}(t-\tau )=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\;t\;{\text{si}}\;t\geqslant \tau \\0\quad {\text{si}}\;t\leqslant \tau \end{array}}\right\rbrace \;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
f
rampe
(
t
−
τ
)
}
=
a
exp
(
−
p
τ
)
p
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{rampe}}(t-\tau )\right\rbrace ={\dfrac {a\;\exp(-p\,\tau )}{p^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 77] .
« Fonction triangle symétrique sur
[
0
,
2
τ
]
{\displaystyle \;\left[0\,,\,2\,\tau \right]}
:
f
triang sym
(
t
)
=
{
0
si
t
⩾
2
τ
−
a
(
t
−
2
τ
)
si
t
∈
[
τ
,
2
τ
]
a
t
si
t
∈
[
0
,
τ
]
0
si
t
⩽
0
}
=
f
rampe
(
t
)
−
2
f
rampe
(
t
−
τ
)
+
f
rampe
(
t
−
2
τ
)
{\displaystyle \;f_{\text{triang sym}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}0\qquad \qquad \quad {\text{si}}\;t\geqslant 2\,\tau \\-a\;(t-2\,\tau )\;{\text{si}}\;t\in \left[\tau \,,\,2\,\tau \right]\\a\;t\qquad \qquad \;{\text{si}}\;t\in \left[0\,,\,\tau \right]\\0\qquad \qquad \quad {\text{si}}\;t\leqslant 0\end{array}}\right\rbrace =f_{\text{rampe}}(t)-2\,f_{\text{rampe}}(t-\tau )+f_{\text{rampe}}(t-2\,\tau )\;}
» soit, « Fonction triangle symétrique sur
[
0
,
2
τ
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left[0\,,\,2\,\tau \right]}}
:
f
triang sym
(
t
)
=
{
−
a
(
t
−
2
τ
)
si
t
∈
[
τ
,
2
τ
]
}
=
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{triang sym}}(t)=\left\lbrace -a\;(t-2\,\tau )\;{\text{si}}\;t\in \left[\tau \,,\,2\,\tau \right]\right\rbrace =}}
«
L
{
f
triang sym
(
t
)
}
=
a
[
1
−
2
exp
(
−
p
τ
)
+
exp
(
−
2
p
τ
)
]
p
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{triang sym}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {a\,\left[1-2\,\exp(-p\,\tau )+\exp(-2\,p\,\tau )\right]}{p^{2}}}\;}
[ 78] , [ 77] « Fonction triangle symétrique sur
[
0
,
2
τ
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left[0\,,\,2\,\tau \right]}}
:
f
triang sym
(
t
)
=
{
−
a
(
t
−
2
τ
)
si
t
∈
[
τ
,
2
τ
]
}
=
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{triang sym}}(t)=\left\lbrace -a\;(t-2\,\tau )\;{\text{si}}\;t\in \left[\tau \,,\,2\,\tau \right]\right\rbrace =}}
«
L
{
f
triang sym
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{triang sym}}(t)\right\rbrace }}
=
a
[
1
−
exp
(
−
p
τ
)
]
2
p
2
{\displaystyle ={\dfrac {a\,\left[1-\exp(-p\,\tau )\right]^{2}}{p^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
».
« Fonction exponentielle réelle
f
exp
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f_{\text{exp}}(t)=\exp(-a\,t)\;Y(t)\;}
avec
a
∈
R
∗
{\displaystyle \;a\in \mathbb {R} ^{*}\;}
»[ 80]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
L
{
f
exp
(
t
)
}
=
1
p
+
a
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{exp}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{p+a}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 81] .
« Approche exponentielle réelle de l'échelon unité
f
app exp
(
t
)
=
[
1
−
exp
(
−
a
t
)
]
Y
(
t
)
=
Y
(
t
)
−
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f_{\text{app exp}}(t)=\left[1-\exp(-a\,t)\right]\,Y(t)=Y(t)-\exp(-a\,t)\;Y(t)\;}
avec
a
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;a\in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82] soit, «
L
{
f
app exp
(
t
)
}
=
1
p
−
1
p
+
a
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{app exp}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{p}}-{\dfrac {1}{p+a}}\;}
[ 78] « Approche exponentielle réelle de l'échelon unité
f
app exp
(
t
)
=
[
1
−
exp
(
−
a
t
)
]
Y
(
t
)
=
Y
(
t
)
−
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{app exp}}(t)=\left[1-\exp(-a\,t)\right]\,Y(t)=Y(t)-\exp(-a\,t)\;Y(t)}\;}
avec
a
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{a\in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» soit, «
L
{
f
app exp
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{app exp}}(t)\right\rbrace }}
=
a
p
(
p
+
a
)
{\displaystyle ={\dfrac {a}{p\;(p+a)}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 83] .
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82] s'obtenant en utilisant «
f
cos
(
t
)
=
ℜ
[
exp
(
i
ω
t
)
Y
(
t
)
]
{\displaystyle \;f_{\text{cos}}(t)=\Re \left[\exp(i\,\omega \,t)\;Y(t)\right]\;}
», «
L
_
{
exp
(
i
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
1
p
−
i
ω
{\displaystyle \;{\underline {\mathcal {L}}}\!\left\lbrace \exp(i\,\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{p-i\,\omega }}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 84] , [ 85] ou
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» « si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;p}
,
ℜ
{
L
_
[
exp
(
i
ω
t
)
Y
(
t
)
]
}
=
L
{
ℜ
[
exp
(
i
ω
t
)
Y
(
t
)
]
}
{\displaystyle \;\Re \left\lbrace {\underline {\mathcal {L}}}\left[\exp(i\,\omega \,t)\;Y(t)\right]\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace \Re \left[\exp(i\,\omega \,t)\;Y(t)\right]\right\rbrace \;}
»[ 55] c'est-à-dire
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» « si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}}
, «
L
{
f
cos
(
t
)
}
=
ℜ
[
1
p
−
i
ω
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
0
=
ℜ
[
p
+
i
ω
p
2
+
ω
2
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{cos}}(t)\right\rbrace =\Re \,\left[{\dfrac {1}{p-i\,\omega }}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,0}=\Re \,\left[{\dfrac {p+i\,\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,0}\;}
»
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» « si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}}
, ou, «
L
{
f
cos
(
t
)
}
=
[
p
p
2
+
ω
2
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{cos}}(t)\right\rbrace =\left[{\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,0}\;}
» et enfin,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» en étendant ce résultat aux valeurs complexes de
p
{\displaystyle \;p\;}
[ 86] «
L
{
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
p
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \cos(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re e(p)>0\;}
».
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration
(
{\displaystyle \;{\big (}}
utilisant le caractère périodique de la fonction cosinusoïdale[ 87]
)
{\displaystyle {\big )}}
:
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration la fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)\;}
étant «
T
{\displaystyle \;T}
-périodique avec
T
=
2
π
ω
{\displaystyle \;T={\dfrac {2\;\pi }{\omega }}\;}
» on en déduit
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration «
L
{
f
cos
(
t
)
}
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
f
cos
(
t
)
d
t
1
−
exp
(
−
p
T
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{cos}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;f_{\text{cos}}(t)\;dt}{1-\exp(-p\,T)}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 88] ou encore « pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0}
,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration «
L
{
f
cos
(
t
)
}
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
cos
(
ω
t
)
d
t
1
−
exp
(
−
p
T
)
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
exp
(
i
ω
t
)
+
exp
(
−
i
ω
t
)
2
d
t
1
−
exp
(
−
p
T
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{cos}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;\cos(\omega \,t)\;dt}{1-\exp(-p\,T)}}={\dfrac {\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;{\dfrac {\exp(i\,\omega \,t)+\exp(-i\,\omega \,t)}{2}}\;dt}{1-\exp(-p\,T)}}\;}
[ 89] »
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration ou «
L
{
f
cos
(
t
)
}
=
∫
0
T
{
exp
[
−
(
p
−
i
ω
)
t
]
+
exp
[
−
(
p
+
i
ω
)
t
]
}
d
t
2
[
1
−
exp
(
−
p
T
)
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{cos}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {\displaystyle \int _{0}^{T}\left\lbrace \exp \!\left[-(p-i\;\omega )\;t\right]+\exp \!\left[-(p+i\;\omega )\;t\right]\right\rbrace \,dt}{2\,\left[1-\exp(-p\,T)\right]}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration le numérateur du 2nd membre se réécrivant en somme de deux intégrales :
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration
≻
{\displaystyle \succ \;}
∫
0
T
exp
[
−
(
p
−
i
ω
)
t
]
d
t
=
[
−
exp
[
−
(
p
−
i
ω
)
t
]
p
−
i
ω
]
0
T
=
1
−
exp
(
−
p
T
)
exp
(
i
ω
T
)
p
−
i
ω
{\displaystyle \displaystyle \int _{0}^{T}\exp \!\left[-(p-i\;\omega )\;t\right]\;dt=\left[-{\dfrac {\exp \!\left[-(p-i\;\omega )\;t\right]}{p-i\;\omega }}\right]_{0}^{T}={\dfrac {1-\exp(-p\;T)\;\exp(i\;\omega \;T)}{p-i\;\omega }}}
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
∫
0
T
exp
[
−
(
p
−
i
ω
)
t
]
d
t
{\displaystyle \color {transparent}{\displaystyle \int _{0}^{T}\exp \!\left[-(p-i\;\omega )\;t\right]\;dt}}
=
1
−
exp
(
−
p
T
)
p
−
i
ω
{\displaystyle ={\dfrac {1-\exp(-p\;T)}{p-i\;\omega }}\;}
» car
exp
(
i
ω
T
)
=
exp
(
i
2
π
)
=
1
{\displaystyle \;\exp(i\;\omega \;T)=\exp(i\;2\;\pi )=1\;}
et
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration
≻
{\displaystyle \succ \;}
∫
0
T
exp
[
−
(
p
+
i
ω
)
t
]
d
t
=
[
−
exp
[
−
(
p
+
i
ω
)
t
]
p
+
i
ω
]
0
T
=
1
−
exp
(
−
p
T
)
exp
(
−
i
ω
T
)
p
+
i
ω
{\displaystyle \displaystyle \int _{0}^{T}\exp \!\left[-(p+i\;\omega )\;t\right]\;dt=\left[-{\dfrac {\exp \!\left[-(p+i\;\omega )\;t\right]}{p+i\;\omega }}\right]_{0}^{T}={\dfrac {1-\exp(-p\;T)\;\exp(-i\;\omega \;T)}{p+i\;\omega }}}
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
∫
0
T
exp
[
−
(
p
+
i
ω
)
t
]
d
t
{\displaystyle \color {transparent}{\displaystyle \int _{0}^{T}\exp \!\left[-(p+i\;\omega )\;t\right]\;dt}}
=
1
−
exp
(
−
p
T
)
p
+
i
ω
{\displaystyle ={\dfrac {1-\exp(-p\;T)}{p+i\;\omega }}\;}
» car
exp
(
−
i
ω
T
)
=
exp
(
−
i
2
π
)
=
1
{\displaystyle \;\exp(-i\;\omega \;T)=\exp(-i\;2\;\pi )=1\;}
d'où
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration «
L
{
f
cos
(
t
)
}
=
1
2
[
1
p
−
i
ω
+
1
p
+
i
ω
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{cos}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{2}}\,\left[{\dfrac {1}{p-i\;\omega }}+{\dfrac {1}{p+i\;\omega }}\right]\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
» après simplification évidente ou,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration «
L
{
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
p
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \cos(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re e(p)>0\;}
» après réduction au même dénominateur et
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale
f
cos
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos}}(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration «
L
{
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \cos(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace =p^{2}+\omega ^{2}}\;}
pour
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» après simplification[ 90] .
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82] s'obtenant en utilisant «
f
sin
(
t
)
=
ℑ
[
exp
(
i
ω
t
)
Y
(
t
)
]
{\displaystyle \;f_{\text{sin}}(t)=\Im \left[\exp(i\,\omega \,t)\;Y(t)\right]\;}
», «
L
_
{
exp
(
i
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
1
p
−
i
ω
{\displaystyle \;{\underline {\mathcal {L}}}\!\left\lbrace \exp(i\,\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{p-i\,\omega }}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 84] , [ 85] ou
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» « si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;p}
,
ℑ
{
L
_
[
exp
(
i
ω
t
)
Y
(
t
)
]
}
=
L
{
ℑ
[
exp
(
i
ω
t
)
Y
(
t
)
]
}
{\displaystyle \;\Im \left\lbrace {\underline {\mathcal {L}}}\left[\exp(i\,\omega \,t)\;Y(t)\right]\right\rbrace ={\mathcal {L}}\left\lbrace \Im \left[\exp(i\,\omega \,t)\;Y(t)\right]\right\rbrace \;}
»[ 55] c'est-à-dire
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» « si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}}
, «
L
{
f
sin
(
t
)
}
=
ℑ
[
1
p
−
i
ω
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
0
=
ℑ
[
p
+
i
ω
p
2
+
ω
2
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{sin}}(t)\right\rbrace =\Im \,\left[{\dfrac {1}{p-i\,\omega }}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,0}=\Im \,\left[{\dfrac {p+i\,\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,0}\;}
»
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» « si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}}
, ou, «
L
{
f
sin
(
t
)
}
=
[
ω
p
2
+
ω
2
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{sin}}(t)\right\rbrace =\left[{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,0}\;}
» et enfin,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» en étendant ce résultat aux valeurs complexes de
p
{\displaystyle \;p\;}
[ 86] «
L
{
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
ω
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \sin(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
».
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration
(
{\displaystyle \;{\big (}}
utilisant le caractère périodique de la fonction sinusoïdale[ 87]
)
{\displaystyle {\big )}}
:
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration la fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
étant «
T
{\displaystyle \;T}
-périodique avec
T
=
2
π
ω
{\displaystyle \;T={\dfrac {2\;\pi }{\omega }}\;}
» on en déduit
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration «
L
{
f
sin
(
t
)
}
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
f
sin
(
t
)
d
t
1
−
exp
(
−
p
T
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{sin}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;f_{\text{sin}}(t)\;dt}{1-\exp(-p\,T)}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 88] ou encore « pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0}
,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration «
L
{
f
sin
(
t
)
}
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
sin
(
ω
t
)
d
t
1
−
exp
(
−
p
T
)
=
∫
0
T
exp
(
−
p
t
)
exp
(
i
ω
t
)
−
exp
(
−
i
ω
t
)
2
i
d
t
1
−
exp
(
−
p
T
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{sin}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;\sin(\omega \,t)\;dt}{1-\exp(-p\,T)}}={\dfrac {\displaystyle \int _{0}^{T}\exp(-p\,t)\;{\dfrac {\exp(i\,\omega \,t)-\exp(-i\,\omega \,t)}{2\;i}}\;dt}{1-\exp(-p\,T)}}\;}
[ 91] »
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration ou «
L
{
f
sin
(
t
)
}
=
∫
0
T
{
exp
[
−
(
p
−
i
ω
)
t
]
−
exp
[
−
(
p
+
i
ω
)
t
]
}
d
t
2
i
[
1
−
exp
(
−
p
T
)
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{sin}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {\displaystyle \int _{0}^{T}\left\lbrace \exp \!\left[-(p-i\;\omega )\;t\right]-\exp \!\left[-(p+i\;\omega )\;t\right]\right\rbrace \,dt}{2\;i\,\left[1-\exp(-p\,T)\right]}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration le numérateur du 2nd membre se réécrivant en différence de deux intégrales :
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration
≻
{\displaystyle \succ \;}
∫
0
T
exp
[
−
(
p
−
i
ω
)
t
]
d
t
=
…
1
−
exp
(
−
p
T
)
p
−
i
ω
{\displaystyle \displaystyle \int _{0}^{T}\exp \!\left[-(p-i\;\omega )\;t\right]\;dt{\overset {\ldots }{\;=\;}}\;{\dfrac {1-\exp(-p\;T)}{p-i\;\omega }}\;}
et
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration
≻
{\displaystyle \succ \;}
∫
0
T
exp
[
−
(
p
+
i
ω
)
t
]
d
t
=
…
1
−
exp
(
−
p
T
)
p
+
i
ω
{\displaystyle \displaystyle \int _{0}^{T}\exp \!\left[-(p+i\;\omega )\;t\right]\;dt\;{\overset {\ldots }{\;=\;}}\;{\dfrac {1-\exp(-p\;T)}{p+i\;\omega }}\;}
d'où
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration «
L
{
f
sin
(
t
)
}
=
1
2
i
[
1
p
−
i
ω
−
1
p
+
i
ω
]
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{sin}}(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{2\;i}}\,\left[{\dfrac {1}{p-i\;\omega }}-{\dfrac {1}{p+i\;\omega }}\right]\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
» après simplification évidente ou,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration «
L
{
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
ω
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \sin(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re e(p)>0\;}
» après réduction au même dénominateur et
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale
f
sin
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin}}(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» Autre démonstration «
L
{
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \sin(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace =p^{2}+\omega ^{2}}\;}
pour
ℜ
e
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\Re e(p)>0}\;}
» après simplification[ 92] .
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
Application : soit à déterminer la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de «
f
(
t
)
=
cos
(
ω
t
+
φ
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\cos(\omega \,t+\varphi )\;Y(t)\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
[ 82] et
φ
∈
]
−
π
,
+
π
]
{\displaystyle \;\varphi \in \left]-\pi \,,\,+\pi \right]\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
Application : pour cela on décompose la fonction modulant l'échelon unité selon «
cos
(
ω
t
+
φ
)
=
cos
(
ω
t
)
cos
(
φ
)
−
sin
(
ω
t
)
sin
(
φ
)
{\displaystyle \;\cos(\omega \,t+\varphi )=\cos(\omega \,t)\;\cos(\varphi )-\sin(\omega \,t)\;\sin(\varphi )\;}
» ce qui revient à déterminer
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
Application : soit à déterminer la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de «
f
(
t
)
=
cos
(
φ
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
−
sin
(
φ
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\cos(\varphi )\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)-\sin(\varphi )\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
» soit Application : soit à déterminer la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de «
L
{
cos
(
ω
t
+
φ
)
Y
(
t
)
}
=
cos
(
φ
)
L
{
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
−
sin
(
φ
)
L
{
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \cos(\omega \,t+\varphi )\;Y(t)\right\rbrace =\cos(\varphi )\;{\mathcal {L}}\left\lbrace \cos(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace -\sin(\varphi )\;{\mathcal {L}}\left\lbrace \sin(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace \;}
»[ 78]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
Application : soit à déterminer la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de «
L
{
cos
(
ω
t
+
φ
)
Y
(
t
)
}
=
cos
(
φ
)
p
p
2
+
ω
2
−
sin
(
φ
)
ω
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \cos(\omega \,t+\varphi )\;Y(t)\right\rbrace =\cos(\varphi )\;{\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}-\sin(\varphi )\;{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
».
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
« Fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
cos amort
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f_{\text{cos amort}}(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
a
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\left\lbrace \!{\begin{array}{c}\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\\a\in \mathbb {R} _{+}^{*}\end{array}}\!\right\rbrace \;}
»[ 82] s'obtenant en utilisant «
f
cos amort
(
t
)
=
ℜ
[
exp
(
−
a
t
)
exp
(
i
ω
t
)
Y
(
t
)
]
{\displaystyle \;f_{\text{cos amort}}(t)=\Re \left[\exp(-a\;t)\;\exp(i\,\omega \,t)\;Y(t)\right]\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
cos amort
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos amort}}(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
«
L
_
{
exp
[
(
−
a
+
i
ω
)
t
]
Y
(
t
)
}
=
1
p
+
a
−
i
ω
{\displaystyle \;{\underline {\mathcal {L}}}\!\left\lbrace \exp \!\left[(-a+i\,\omega )\,t\right]\,Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{p+a-i\,\omega }}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 84] , [ 85] ou
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
cos amort
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos amort}}(t)}}
« si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;p}
,
ℜ
⟨
L
_
{
exp
[
(
−
a
+
i
ω
)
t
]
Y
(
t
)
}
⟩
=
L
⟨
ℜ
{
exp
[
(
−
a
+
i
ω
)
t
]
Y
(
t
)
}
⟩
{\displaystyle \;\Re {\Big \langle }{\underline {\mathcal {L}}}\!\left\lbrace \exp \!\left[(-a+i\,\omega )\,t\right]\,Y(t)\right\rbrace \!{\Big \rangle }={\mathcal {L}}{\Big \langle }\Re \left\lbrace \exp \!\left[(-a+i\,\omega )\,t\right]\,Y(t)\right\rbrace \!{\Big \rangle }\;}
»[ 55] c'est-à-dire
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
cos amort
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos amort}}(t)}}
« si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}}
, «
L
{
f
cos amort
(
t
)
}
=
ℜ
[
1
p
+
a
−
i
ω
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{cos amort}}(t)\right\rbrace =\Re \,\left[{\dfrac {1}{p+a-i\,\omega }}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,-a}}
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
cos amort
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos amort}}(t)}}
« si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}}
, «
L
{
f
cos amort
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{cos amort}}(t)\right\rbrace }}
=
ℜ
[
p
+
a
+
i
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle =\Re \,\left[{\dfrac {p+a+i\,\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,-a}\;}
» ou,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
cos amort
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos amort}}(t)}}
« si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}}
, «
L
{
f
cos amort
(
t
)
}
=
[
p
+
a
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{cos amort}}(t)\right\rbrace =\left[{\dfrac {p+a}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,-a}\;}
» et enfin,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
cos amort
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{cos amort}}(t)}}
en étendant ce résultat aux valeurs complexes de
p
{\displaystyle \;p\;}
[ 86] «
L
{
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
p
+
a
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {p+a}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
».
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
« Fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
sin amort
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f_{\text{sin amort}}(t)=\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
a
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\left\lbrace \!{\begin{array}{c}\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\\a\in \mathbb {R} _{+}^{*}\end{array}}\!\right\rbrace \;}
»[ 82] s'obtenant en utilisant «
f
sin amort
(
t
)
=
ℑ
[
exp
(
−
a
t
)
exp
(
i
ω
t
)
Y
(
t
)
]
{\displaystyle \;f_{\text{sin amort}}(t)=\Im \left[\exp(-a\;t)\;\exp(i\,\omega \,t)\;Y(t)\right]\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
sin amort
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin amort}}(t)=\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
«
L
_
{
exp
[
(
−
a
+
i
ω
)
t
]
Y
(
t
)
}
==
1
p
+
a
−
i
ω
{\displaystyle \;{\underline {\mathcal {L}}}\!\left\lbrace \exp \!\left[(-a+i\,\omega )\,t\right]\,Y(t)\right\rbrace =={\dfrac {1}{p+a-i\,\omega }}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 84] , [ 85] ou
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
sin amort
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin amort}}(t)}}
« si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;p}
,
ℑ
⟨
L
_
{
exp
[
(
−
a
+
i
ω
)
t
]
Y
(
t
)
}
⟩
=
L
⟨
ℑ
{
exp
[
(
−
a
+
i
ω
)
t
]
Y
(
t
)
}
⟩
{\displaystyle \;\Im {\Big \langle }{\underline {\mathcal {L}}}\!\left\lbrace \exp \!\left[(-a+i\,\omega )\,t\right]\,Y(t)\right\rbrace \!{\Big \rangle }={\mathcal {L}}{\Big \langle }\Im \left\lbrace \exp \!\left[(-a+i\,\omega )\,t\right]\,Y(t)\right\rbrace \!{\Big \rangle }\;}
»[ 55] c'est-à-dire
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
sin amort
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin amort}}(t)}}
« si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}}
, «
L
{
f
sin amort
(
t
)
}
==
ℑ
[
1
p
+
a
−
i
ω
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{sin amort}}(t)\right\rbrace ==\Im \,\left[{\dfrac {1}{p+a-i\,\omega }}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,-a}}
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
sin amort
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin amort}}(t)}}
« si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}}
, «
L
{
f
sin amort
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{sin amort}}(t)\right\rbrace }}
=
ℑ
[
p
+
a
+
i
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle =\Im \,\left[{\dfrac {p+a+i\,\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,-a}\;}
» ou,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
sin amort
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin amort}}(t)}}
« si on se limite aux valeurs réelles de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}}
, «
L
{
f
sin amort
(
t
)
}
=
[
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
]
pour
p
=
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f_{\text{sin amort}}(t)\right\rbrace =\left[{\dfrac {\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{{\text{pour }}p\,=\,\Re (p)\,>\,-a}\;}
» et enfin,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
« Fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
sin amort
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f_{\text{sin amort}}(t)}}
en étendant ce résultat aux valeurs complexes de
p
{\displaystyle \;p\;}
[ 86] «
L
{
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
».
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
Application : soit à déterminer la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de «
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
+
φ
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t+\varphi )\;Y(t)\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
a
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\left\lbrace \!{\begin{array}{c}\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\\a\in \mathbb {R} _{+}^{*}\end{array}}\!\right\rbrace \;}
[ 82] et
φ
∈
]
−
π
,
+
π
]
{\displaystyle \;\varphi \in \left]-\pi \,,\,+\pi \right]\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
Application : pour cela on décompose la fonction modulant l'échelon unité selon «
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
+
φ
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
cos
(
φ
)
−
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
sin
(
φ
)
{\displaystyle \;\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t+\varphi )=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;\cos(\varphi )-\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;\sin(\varphi )\;}
» ce qui revient
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
Application : soit à déterminer la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de «
f
(
t
)
=
cos
(
φ
)
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
−
sin
(
φ
)
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\cos(\varphi )\;\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)-\sin(\varphi )\;\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
» soit Application : soit à déterminer la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de «
L
{
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
+
φ
)
Y
(
t
)
}
=
cos
(
φ
)
L
{
f
cos amort
(
t
)
}
−
sin
(
φ
)
L
{
f
sin amort
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t+\varphi )\;Y(t)\right\rbrace =\cos(\varphi )\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f_{\text{cos amort}}(t)\right\rbrace -\sin(\varphi )\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f_{\text{sin amort}}(t)\right\rbrace \;}
»[ 78]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
Application : soit à déterminer la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de «
L
{
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
+
φ
)
Y
(
t
)
}
=
cos
(
φ
)
p
+
a
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
−
sin
(
φ
)
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t+\varphi )\;Y(t)\right\rbrace =\cos(\varphi )\;{\dfrac {p+a}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}-\sin(\varphi )\;{\dfrac {\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
».
Soit une fonction complexe
F
{\displaystyle \;F\;}
[ 93] de la variable complexe
p
{\displaystyle \;p\;}
[ 93] holomorphe sur son domaine de définition.
Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
inverse de Laplace[ 1] d'une fonction complexe holomorphe dont l'originale est à support positif[ 14] à celle Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
inverse de Laplace d'une fonction complexe holomorphe dont l'originale est à support positif étendu à gauche de
0
{\displaystyle \;0\;}
c'est-à-dire de Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
inverse de Laplace d'une fonction complexe holomorphe dont l'originale support
[
0
,
+
∞
[
∪
V
(
0
−
)
{\displaystyle \;\left[0\,,\,+\infty \right[\;\cup \;{\mathcal {V}}(0^{-})\;}
{
{\displaystyle {\big \{}}
avec
V
(
0
−
)
{\displaystyle \;{\mathcal {V}}(0^{-})\;}
un Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
inverse de Laplace d'une fonction complexe holomorphe dont l'originale voisinage ouvert à gauche de
0
{\displaystyle \;0}
, borné inférieurement, Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
inverse de Laplace d'une fonction complexe holomorphe dont l'originale telle que la restriction de la fonction à
[
0
,
+
∞
[
C
{\displaystyle \;\left[0\,,\,+\infty \right[^{\,C}\;}
[ 15] Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
inverse de Laplace d'une fonction complexe holomorphe dont l'originale dans
V
(
0
−
)
{\displaystyle \;{\mathcal {V}}(0^{-})\;}
[ 16] est indéfiniment dérivable[ 17] et Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
inverse de Laplace d'une fonction complexe holomorphe dont l'originale est une distribution
(
{\displaystyle \;{\big (}}
l'intégrale de définition[ 18] Remarques : On prolonge la définition de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
inverse de Laplace d'une fonction complexe holomorphe dont l'originale de sa transformée de Laplace[ 1] convergeant[ 19]
)
{\displaystyle {\big )}}
.
Remarques : Dans le domaine d'holomorphie de
F
(
p
)
{\displaystyle \;F(p)\;}
il peut y avoir des valeurs de
p
{\displaystyle \;p\;}
isolées pour lesquelles
F
(
p
)
{\displaystyle \;F(p)\;}
est discontinue de 1ère ou 2ème espèce, dans ce dernier cas Remarques : Dans le domaine d'holomorphie de
F
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)}\;}
il peut y avoir des valeurs de
p
{\displaystyle \;\color {transparent}{p}\;}
isolées pour lesquelles
F
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)}\;}
est discontinue de 1ère ou
F
(
p
)
{\displaystyle F(p)\;}
est alors une distribution holomorphe [ 18] .
Début d’un théorème
Théorème (admis) d'unicité de la transformée (monolatérale) inverse de Laplace d'une fonction complexe holomorphe
Fin du théorème
Soient «
F
1
(
p
)
{\displaystyle \;F_{1}(p)\;}
et
F
2
(
p
)
{\displaystyle \;F_{2}(p)\;}
deux fonctions
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distributions
)
{\displaystyle {\big )}\;}
complexes holomorphes [ 95] » admettant pour « transformées
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérales
)
{\displaystyle {\big )}\;}
inverses de Laplace[ 1] respectives Soient «
F
1
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F_{1}(p)}\;}
et
F
2
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F_{2}(p)}\;}
deux fonctions
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distributions
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
complexes holomorphes » admettant pour « transformées
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérales
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
inverses de Laplace
L
−
1
{
F
1
(
p
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F_{1}(p)\right\rbrace \;}
et
L
−
1
{
F
2
(
p
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F_{2}(p)\right\rbrace \;}
», Soit avec «
α
=
max
{
α
1
,
α
2
}
{\displaystyle \;\alpha =\max \left\lbrace \alpha _{1}\,,\,\alpha _{2}\right\rbrace \;}
la plus grande des abscisses de convergence » des deux transformées
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérales
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] et Soient «
a
{\displaystyle \;a\;}
un réel non nul quelconque »,
on démontre les propriétés suivantes
{
{\displaystyle \;{\big \{}}
ces démonstrations utilisent la linéarité de l'intégration permettant de passer de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}\;}
à sa transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
}
{\displaystyle {\big \}}}
: on démontre les propriétés suivantes «
L
−
1
{
F
1
(
p
)
+
F
2
(
p
)
}
=
L
−
1
{
F
1
(
p
)
}
+
L
−
1
{
F
2
(
p
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F_{1}(p)+F_{2}(p)\right\rbrace ={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F_{1}(p)\right\rbrace +{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F_{2}(p)\right\rbrace \;}
» pour «
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
» et on démontre les propriétés suivantes «
L
−
1
{
a
F
1
(
p
)
}
=
a
L
−
1
{
F
1
(
p
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace a\;F_{1}(p)\right\rbrace =a\;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F_{1}(p)\right\rbrace \;}
pour
ℜ
(
p
)
>
α
1
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha _{1}\;}
» ou on démontre les propriétés suivantes «
L
−
1
{
a
F
2
(
p
)
}
=
a
L
−
1
{
F
2
(
p
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace a\;F_{2}(p)\right\rbrace =a\;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F_{2}(p)\right\rbrace \;}
pour
ℜ
(
p
)
>
α
2
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha _{2}\;}
».
Méthode analytique de calcul de la transformée (monolatérale) inverse de Laplace de la fonction (ou distribution) F(p) holomorphe sur son domaine de définition[ modifier | modifier le wikicode ]
Il n'existe pas de formule analytique générale permettant de calculer
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
connaissant
F
(
p
)
{\displaystyle \;F(p)\;}
car, pour une fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}}
F
(
p
)
{\displaystyle \;F(p)}
, Il n'existe pas de formule analytique générale permettant de calculer la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}}
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
correspondante ne fait vraisemblablement pas partie des fonctions usuelles et même Il n'existe pas de formule analytique générale permettant de calculer la fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}}
sa définition peut nécessiter une forme intégrale
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou un développement en série
)
{\displaystyle {\big )}}
…
{\displaystyle \;\ldots }
Une façon de définir l'originale de la fonction
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle {\big )}}
F
(
p
)
{\displaystyle \;F(p)\;}
holomorphe sur son domaine de définition est «
f
(
t
)
=
L
−
1
{
F
(
p
)
}
=
1
2
π
i
∫
γ
−
i
∞
γ
+
i
∞
exp
(
p
t
)
F
(
p
)
d
p
{\displaystyle \;f(t)={\mathcal {L}}^{-1}\left\lbrace F(p)\right\rbrace ={\dfrac {1}{2\;\pi \;i}}\;\displaystyle \int _{\gamma \,-\,i\,\infty }^{\gamma \,+\,i\,\infty }\exp(p\,t)\;F(p)\;dp\;}
»[ 96] où Une façon de définir l'originale de la fonction
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distribution
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}}
F
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)}\;}
holomorphe sur son domaine de définition est «
f
(
t
)
=
L
−
1
{
F
(
p
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)={\mathcal {L}}^{-1}\left\lbrace F(p)\right\rbrace }}
γ
∈
R
{\displaystyle \;\gamma \in \mathbb {R} \;}
est choisi tel que l'intégrale soit convergente[ 97] .
Préliminaire : une fonction
F
(
p
)
{\displaystyle \;F(p)\;}
complexe de la variable
p
{\displaystyle \;p\;}
complexe est dite rationnelle si elle est un rapport de fonctions polynômes à valeurs dans
C
{\displaystyle \;\mathbb {C} }
; Préliminaire : si
P
{\displaystyle \;P\;}
et
Q
{\displaystyle \;Q\;}
sont deux fonctions polynômes non identiquement nulles[ 98] , « la fonction
F
=
P
Q
{\displaystyle \;F={\dfrac {P}{Q}}\;}
est définie pour tout
p
{\displaystyle \;p\;}
tel que
Q
(
p
)
≠
0
{\displaystyle \;Q(p)\neq 0\;}
par
F
(
p
)
=
P
(
p
)
Q
(
p
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {P(p)}{Q(p)}}\;}
».
Soit « la fonction complexe rationnelle
F
(
p
)
=
P
(
p
)
Q
(
p
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {P(p)}{Q(p)}}\;}
telle que les polynômes
P
{\displaystyle \;P\;}
et
Q
{\displaystyle \;Q\;}
sont à cœfficients réels avec le degré de
P
(
p
)
{\displaystyle \;P(p)\;}
<
{\displaystyle <\;}
au degré de
Q
(
p
)
{\displaystyle \;Q(p)\;}
», cette fonction effectivement « holomorphe sur
C
{\displaystyle \;\mathbb {C} \;}
privé des valeurs de
p
{\displaystyle \;p\;}
qui annulent
Q
(
p
)
{\displaystyle \;Q(p)\;}
», « admet une transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
inverse de Laplace[ 1]
f
(
t
)
=
{\displaystyle \;f(t)=}
L
−
1
{
F
(
p
}
{\displaystyle {\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F(p\right\rbrace \;}
»[ 99] .
Soit «
F
(
p
)
=
P
(
p
)
Q
(
p
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {P(p)}{Q(p)}}\;}
écrite sous forme normalisée »[ 100] avec «
P
{\displaystyle \;P\;}
et
Q
{\displaystyle \;Q\;}
à cœfficients réels et
d
e
g
[
P
]
<
d
e
g
[
Q
]
{\displaystyle \;\mathrm {deg} \left[P\right]<\mathrm {deg} \left[Q\right]\;}
», Soit «
F
(
p
)
=
P
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)=P(p)}\;}
la méthode pour déterminer
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)}
, transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
inverse de Laplace[ 1] de
F
(
p
)
=
P
(
p
)
Q
(
p
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {P(p)}{Q(p)}}\;}
est la suivante : Soit «
F
(
p
)
=
P
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)=P(p)}\;}
la méthode pour déterminer
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
,
∙
{\displaystyle \bullet \;}
rechercher les « zéros
z
k
{\displaystyle \;z_{k}\;}
»
[
{\displaystyle \;{\big [}}
racines complexes de
P
(
p
)
]
{\displaystyle \;P(p){\big ]}\;}
[ 101] et les « pôles
q
l
{\displaystyle \;q_{l}\;}
»
[
{\displaystyle \;{\big [}}
racines complexes de
Q
(
p
)
]
{\displaystyle \;Q(p){\big ]}\;}
[ 101] pour écrire Soit «
F
(
p
)
=
P
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)=P(p)}\;}
la méthode pour déterminer
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
,
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
P
(
p
)
=
A
∏
k
(
p
−
z
k
)
{\displaystyle \;P(p)=A\;\prod \limits _{k}\left(p-z_{k}\right)\;}
»[ 102] ainsi que «
Q
(
p
)
=
∏
l
(
p
−
q
l
)
{\displaystyle \;Q(p)=\prod \limits _{l}\left(p-q_{l}\right)\;}
»[ 103] d'où «
F
(
p
)
=
A
∏
k
(
p
−
z
k
)
∏
l
(
p
−
q
l
)
{\displaystyle \;F(p)=A\;{\dfrac {\prod \limits _{k}\left(p-z_{k}\right)}{\prod \limits _{l}\left(p-q_{l}\right)}}\;}
»[ 102] , [ 103] Soit «
F
(
p
)
=
P
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)=P(p)}\;}
la méthode pour déterminer
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
,
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
après avoir fait les simplifications éventuelles de façon à ce que la fonction rationnelle soit irréductible, puis Soit «
F
(
p
)
=
P
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)=P(p)}\;}
la méthode pour déterminer
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
,
∙
{\displaystyle \bullet \;}
décomposer la fonction rationnelle irréductible en éléments simples soit, dans le cas où tous les pôles sont réels et simples, Soit «
F
(
p
)
=
P
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)=P(p)}\;}
la méthode pour déterminer
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
,
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
F
(
p
)
=
A
∑
l
ρ
l
p
−
q
l
{\displaystyle \;F(p)=A\;\sum \limits _{l}{\dfrac {\rho _{l}}{p-q_{l}}}\;}
avec
ρ
l
∈
R
∗
{\displaystyle \;\rho _{l}\in \mathbb {R} ^{*}\;}
constantes à déterminer »[ 104] , [ 105] et enfin, Soit «
F
(
p
)
=
P
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)=P(p)}\;}
la méthode pour déterminer
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
,
∙
{\displaystyle \bullet \;}
utiliser les connaissances ou un formulaire pour déterminer les originales des éléments simples de réduction comme par exemple Soit «
F
(
p
)
=
P
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)=P(p)}\;}
la méthode pour déterminer
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
,
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
L
−
1
{
ρ
l
p
−
q
l
}
=
ρ
l
exp
(
q
l
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {\rho _{l}}{p-q_{l}}}\right\rbrace =\rho _{l}\;\exp(q_{l}\,t)\;Y(t)\;}
si
ℜ
(
p
)
>
q
l
{\displaystyle \;\Re (p)>q_{l}\;}
»[ 106] et donc, dans le cas où tous les pôles sont réels et simples, Soit «
F
(
p
)
=
P
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{F(p)=P(p)}\;}
la méthode pour déterminer
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
,
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
L
−
1
{
F
(
p
)
}
=
A
[
∑
l
ρ
l
exp
(
q
l
t
)
]
Y
(
t
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F(p)\right\rbrace =A\left[\sum \limits _{l}\rho _{l}\;\exp(q_{l}\,t)\right]Y(t)\;}
si
ℜ
(
p
)
>
max
l
q
l
{\displaystyle \;\Re (p)>\max \limits _{l}q_{l}\;}
»[ 107] , [ 106] .
Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
de
F
(
p
)
=
p
+
1
p
2
+
5
p
+
6
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p^{2}+5\,p+6}}\;}
par transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
inverse de Laplace[ 1] », pour cela Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
déterminer les zéros de la fonction rationnelle soit « un zéro
z
1
=
−
1
{\displaystyle \;z_{1}=-1\;}
» ainsi que Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire les solutions de
p
2
+
5
p
+
6
=
0
{\displaystyle \;p^{2}+5\,p+6=0\;}
de discriminant
Δ
=
5
2
−
4
×
6
=
1
>
0
{\displaystyle \;\Delta =5^{2}-4\times 6=1>0\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire « deux pôles réels et simples
{
q
1
=
−
5
+
1
2
=
−
2
q
2
=
−
5
−
1
2
=
−
3
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{c}q_{1}={\dfrac {-5+{\sqrt {1}}}{2}}=-2\\q_{2}={\dfrac {-5-{\sqrt {1}}}{2}}=-3\end{array}}\right\rbrace \;}
» puis Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
déduire la « forme normalisée irréductible de la fonction complexe rationnelle holomorphe
F
(
p
)
=
p
+
1
(
p
+
2
)
(
p
+
3
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{(p+2)\;(p+3)}}\;}
» pour Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
la décomposer en éléments simples irréductibles «
F
(
p
)
=
p
+
1
(
p
+
2
)
(
p
+
3
)
=
ρ
1
p
+
2
+
ρ
2
p
+
3
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{(p+2)\;(p+3)}}={\dfrac {\rho _{1}}{p+2}}+{\dfrac {\rho _{2}}{p+3}}\;}
» Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer en éléments simples irréductibles
[
{\displaystyle \;{\big [}}
les constantes
ρ
1
{\displaystyle \;\rho _{1}\;}
et
ρ
2
{\displaystyle \;\rho _{2}\;}
restant à évaluer[ 104]
]
{\displaystyle {\big ]}}
, Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \succ \;}
la constante
ρ
1
{\displaystyle \;\rho _{1}\;}
se déterminant en multipliant de part et d'autre par
p
+
2
{\displaystyle \;p+2\;}
et en y faisant
p
=
−
2
{\displaystyle \;p=-2\;}
soit Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
[
p
+
1
p
+
3
]
p
=
−
2
=
ρ
1
+
[
ρ
2
(
p
+
2
)
p
+
3
]
p
=
−
2
{\displaystyle \left[{\dfrac {p+1}{p+3}}\right]_{\!p=-2}=\rho _{1}\;{\cancel {+\left[{\dfrac {\rho _{2}\;(p+2)}{p+3}}\right]_{\!p=-2}}}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
ρ
1
=
−
1
{\displaystyle \;\rho _{1}=-1\;}
» et Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \succ \;}
la constante
ρ
2
{\displaystyle \;\rho _{2}\;}
se déterminant en multipliant de part et d'autre par
p
+
3
{\displaystyle \;p+3\;}
et en y faisant
p
=
−
3
{\displaystyle \;p=-3\;}
soit Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
[
p
+
1
p
+
2
]
p
=
−
3
=
[
ρ
1
(
p
+
3
)
p
+
2
]
p
=
−
3
+
ρ
2
{\displaystyle \left[{\dfrac {p+1}{p+2}}\right]_{\!p=-3}={\cancel {\left[{\dfrac {\rho _{1}\;(p+3)}{p+2}}\right]_{\!p=-3}+}}\;\rho _{2}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
ρ
2
=
2
{\displaystyle \;\rho _{2}=2\;}
» soit finalement Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer en éléments simples irréductibles «
F
(
p
)
=
−
1
p
+
2
+
2
p
+
3
{\displaystyle \;F(p)=-{\dfrac {1}{p+2}}+{\dfrac {2}{p+3}}\;}
» et Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
en déduire l'« originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
de
F
(
p
)
=
p
+
1
p
2
+
5
p
+
6
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p^{2}+5\,p+6}}\;}
par transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
inverse de Laplace[ 1] » Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale «
f
(
t
)
=
L
−
1
{
F
(
p
)
}
=
−
L
−
1
{
1
p
+
2
}
+
2
L
−
1
{
1
p
+
3
}
{\displaystyle \;f(t)={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F(p)\right\rbrace =-{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {1}{p+2}}\right\rbrace +2\;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {1}{p+3}}\right\rbrace \;}
[ 107] soit Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale «
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
=
L
−
1
{
p
+
1
p
2
+
5
p
+
6
}
=
[
−
exp
(
−
2
t
)
+
2
exp
(
−
3
t
)
]
Y
(
t
)
{\displaystyle ={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {p+1}{p^{2}+5\,p+6}}\right\rbrace =\left[-\exp(-2\,t)+2\;\exp(-3\,t)\right]\,Y(t)\;}
[ 106] si
ℜ
(
p
)
>
max
(
−
2
;
−
3
)
=
−
2
{\displaystyle \;\Re (p)>\max \left(-2\,;\,-3\right)=-2\;}
».
Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
de
F
(
p
)
=
p
+
1
p
(
p
2
+
4
p
+
4
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p\,(p^{2}+4\,p+4)}}\;}
par transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
inverse de Laplace[ 1] », pour cela Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
déterminer les zéros de la fonction rationnelle soit « un zéro
z
1
=
−
1
{\displaystyle \;z_{1}=-1\;}
» ainsi que Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire les solutions de
p
(
p
2
+
4
p
+
4
)
=
0
{\displaystyle \;p\,(p^{2}+4\,p+4)=0\;}
donnant Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire « un 1er pôle réel simple
q
1
=
0
{\displaystyle \;q_{1}=0\;}
»[ 108] et Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire « d'autres pôles racines de
p
2
+
4
p
+
4
=
0
{\displaystyle \;p^{2}+4\,p+4=0\;}
équation du 2ème degré Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire « d'autres pôles racines de
p
2
+
4
p
+
4
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{p^{2}+4\,p+4=0}\;}
de discriminant réduit
Δ
′
=
2
2
−
4
=
0
{\displaystyle \;\Delta '=2^{2}-4=0\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire « un pôle réel double
q
2
=
−
2
{\displaystyle \;q_{2}=-2\;}
» puis Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
déduire la « forme normalisée irréductible de la fonction complexe rationnelle holomorphe
F
(
p
)
=
p
+
1
p
(
p
+
2
)
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p\;(p+2)^{2}}}\;}
» pour Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
la décomposer en éléments simples irréductibles «
F
(
p
)
=
p
+
1
p
(
p
+
2
)
2
=
ρ
1
p
+
ρ
2
(
p
+
2
)
2
+
ρ
′
2
p
+
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p\;(p+2)^{2}}}={\dfrac {\rho _{1}}{p}}+{\dfrac {\rho _{2}}{(p+2)^{2}}}+{\dfrac {{\rho '}_{\!2}}{p+2}}\;}
» Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer en éléments simples irréductibles
[
{\displaystyle \;{\big [}}
les constantes
ρ
1
{\displaystyle \;\rho _{1}}
,
ρ
2
{\displaystyle \;\rho _{2}\;}
et
ρ
′
2
{\displaystyle \;{\rho '}_{\!2}\;}
restant à évaluer[ 104] , [ 109]
]
{\displaystyle {\big ]}}
, Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \succ \;}
la constante
ρ
1
{\displaystyle \;\rho _{1}\;}
se déterminant en multipliant de part et d'autre par
p
{\displaystyle \;p\;}
et en y faisant
p
=
0
{\displaystyle \;p=0\;}
soit Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
[
p
+
1
(
p
+
2
)
2
]
p
=
0
=
ρ
1
+
[
ρ
2
p
(
p
+
2
)
2
]
p
=
0
+
[
ρ
′
2
p
p
+
2
]
p
=
0
{\displaystyle \left[{\dfrac {p+1}{(p+2)^{2}}}\right]_{\!p=0}=\rho _{1}\;{\cancel {+\left[{\dfrac {\rho _{2}\;p}{(p+2)^{2}}}\right]_{\!p=0}+\left[{\dfrac {{\rho '}_{2}\;p}{p+2}}\right]_{\!p=0}}}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
ρ
1
=
1
4
{\displaystyle \;\rho _{1}={\dfrac {1}{4}}\;}
», Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \succ \;}
la constante
ρ
2
{\displaystyle \;\rho _{2}\;}
se déterminant en multipliant de part et d'autre par
(
p
+
2
)
2
{\displaystyle \;(p+2)^{2}\;}
et en y faisant
p
=
−
2
{\displaystyle \;p=-2\;}
soit Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
[
p
+
1
p
]
p
=
−
2
=
[
ρ
1
(
p
+
2
)
2
p
]
p
=
−
2
+
ρ
2
+
[
ρ
′
2
(
p
+
2
)
]
p
=
−
2
{\displaystyle \left[{\dfrac {p+1}{p}}\right]_{\!p=-2}={\cancel {\left[{\dfrac {\rho _{1}\;(p+2)^{2}}{p}}\right]_{\!p=-2}+}}\;\rho _{2}\;{\cancel {+\left[{\rho '}_{2}\;(p+2)\right]_{p=-2}}}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
ρ
2
=
1
2
{\displaystyle \;\rho _{2}={\dfrac {1}{2}}\;}
» et Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \succ \;}
la constante
ρ
′
2
{\displaystyle \;{\rho '}_{2}\;}
se déterminant en multipliant de part et d'autre par
p
+
2
{\displaystyle \;p+2\;}
et en y faisant
p
→
∞
{\displaystyle \;p\rightarrow \infty \;}
[ 110] soit Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
[
p
+
1
p
(
p
+
2
)
]
p
→
∞
=
[
ρ
1
(
p
+
2
)
p
]
p
→
∞
+
[
ρ
2
p
+
2
]
p
→
∞
+
ρ
′
2
{\displaystyle {\cancel {\left[{\dfrac {p+1}{p\,(p+2)}}\right]_{\!p\rightarrow \infty }}}\;=\left[{\dfrac {\rho _{1}\;(p+2)}{p}}\right]_{\!p\rightarrow \infty }\;{\cancel {+\left[{\dfrac {\rho _{2}}{p+2}}\right]_{\!p\rightarrow \infty }+}}\;{\rho '}_{2}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
ρ
′
2
=
−
ρ
1
{\displaystyle \;{\rho '}_{2}=-\rho _{1}\;}
c'est-à-dire, avec
ρ
1
=
1
4
{\displaystyle \;\rho _{1}={\dfrac {1}{4}}}
, «
ρ
′
2
=
−
1
4
{\displaystyle \;{\rho '}_{2}=-{\dfrac {1}{4}}\;}
» Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer en éléments simples soit finalement «
F
(
p
)
=
1
4
p
+
1
2
(
p
+
2
)
2
−
1
4
(
p
+
2
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {1}{4\;p}}+{\dfrac {1}{2\,(p+2)^{2}}}-{\dfrac {1}{4\,(p+2)}}\;}
» et Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
en déduire l'« originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
de
F
(
p
)
=
p
+
1
p
(
p
2
+
4
p
+
4
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p\,(p^{2}+4\,p+4)}}\;}
par transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
inverse de Laplace[ 1] » Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale «
f
(
t
)
=
L
−
1
{
F
(
p
)
}
=
1
4
L
−
1
{
1
p
}
+
1
2
L
−
1
{
1
(
p
+
2
)
2
}
−
1
4
L
−
1
{
1
p
+
2
}
{\displaystyle \;f(t)={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F(p)\right\rbrace ={\dfrac {1}{4}}\;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {1}{p}}\right\rbrace +{\dfrac {1}{2}}\;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {1}{(p+2)^{2}}}\right\rbrace -{\dfrac {1}{4}}\;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {1}{p+2}}\right\rbrace \;}
[ 107] soit Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale «
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
=
L
−
1
{
p
+
1
p
(
p
2
+
4
p
+
4
)
}
=
1
4
[
1
+
2
t
exp
(
−
2
t
)
−
exp
(
−
2
t
)
]
Y
(
t
)
{\displaystyle ={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {p+1}{p\,(p^{2}+4\,p+4)}}\right\rbrace ={\dfrac {1}{4}}\left[1+2\;t\;\exp(-2\,t)-\exp(-2\,t)\right]\,Y(t)\;}
[ 106] , [ 111] si
ℜ
(
p
)
>
max
(
0
;
−
2
)
{\displaystyle \;\Re (p)>\max \left(0\,;\,-2\right)\;}
Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale «
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}}
=
L
−
1
{
p
(
p
2
+
4
p
+
4
)
}
=
1
[
1
+
2
t
exp
(
−
2
t
)
−
exp
(
−
2
t
)
]
Y
(
t
)
{\displaystyle \color {transparent}{={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace p\,(p^{2}+4\,p+4)\right\rbrace =1\left[1+2\;t\;\exp(-2\,t)-\exp(-2\,t)\right]\,Y(t)}\;}
ou
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
».
Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
de
F
(
p
)
=
p
+
1
p
(
p
2
+
p
+
2
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p\,(p^{2}+p+2)}}\;}
par transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
inverse de Laplace[ 1] », pour cela Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
déterminer les zéros de la fonction rationnelle soit « un zéro
z
1
=
−
1
{\displaystyle \;z_{1}=-1\;}
» ainsi que Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire les solutions de
p
(
p
2
+
4
p
+
4
)
=
0
{\displaystyle \;p\,(p^{2}+4\,p+4)=0\;}
donnant Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire « un 1er pôle réel simple
q
1
=
0
{\displaystyle \;q_{1}=0\;}
»[ 112] et Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire « d'autres pôles racines de
p
2
+
p
+
2
=
0
{\displaystyle \;p^{2}+p+2=0\;}
équation du 2ème degré Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire « d'autres pôles racines de
p
2
+
p
+
2
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{p^{2}+p+2=0}\;}
de discriminant
Δ
=
1
2
−
4
×
2
=
−
7
<
0
{\displaystyle \;\Delta =1^{2}-4\times 2=-7<0\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
déterminer les pôles de cette dernière c'est-à-dire « deux pôles complexes conjugués qu'il n'est pas utiles de déterminer » puis Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
déduire la « forme normalisée irréductible de la fonction complexe rationnelle holomorphe
F
(
p
)
=
p
+
1
p
(
p
2
+
p
+
2
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p\;(p^{2}+p+2)}}\;}
»[ 113] pour Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
la décomposer en éléments simples irréductibles «
F
(
p
)
=
p
+
1
p
(
p
2
+
p
+
2
)
=
ρ
1
p
+
ρ
2
p
+
ρ
′
2
p
2
+
p
+
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p\;(p^{2}+p+2)}}={\dfrac {\rho _{1}}{p}}+{\dfrac {\rho _{2}\;p+{\rho '}_{2}}{p^{2}+p+2}}\;}
» Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer en éléments simples irréductibles
[
{\displaystyle \;{\big [}}
les constantes
ρ
1
{\displaystyle \;\rho _{1}}
,
ρ
2
{\displaystyle \;\rho _{2}\;}
et
ρ
′
2
{\displaystyle \;{\rho '}_{\!2}\;}
restant à évaluer[ 104] , [ 114]
]
{\displaystyle {\big ]}}
, Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \succ \;}
la constante
ρ
1
{\displaystyle \;\rho _{1}\;}
se déterminant en multipliant de part et d'autre par
p
{\displaystyle \;p\;}
et en y faisant
p
=
0
{\displaystyle \;p=0\;}
soit Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
[
p
+
1
p
2
+
p
+
2
]
p
=
0
=
ρ
1
+
[
(
ρ
2
p
+
ρ
′
2
)
p
p
2
+
p
+
2
]
p
=
0
{\displaystyle \left[{\dfrac {p+1}{p^{2}+p+2}}\right]_{\!p=0}=\rho _{1}\;{\cancel {+\left[{\dfrac {\left(\rho _{2}\;p+{\rho '}_{2}\right)\,p}{p^{2}+p+2}}\right]_{\!p=0}}}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
ρ
1
=
1
2
{\displaystyle \;\rho _{1}={\dfrac {1}{2}}\;}
», Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \succ \;}
la constante
ρ
2
{\displaystyle \;\rho _{2}\;}
se déterminant en multipliant de part et d'autre par
p
{\displaystyle \;p\;}
et en y faisant
p
→
∞
{\displaystyle \;p\rightarrow \infty \;}
[ 115] soit Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
[
p
+
1
p
2
+
p
+
2
]
p
→
∞
=
ρ
1
+
[
(
ρ
2
p
+
ρ
′
2
)
p
p
2
+
p
+
2
]
p
→
∞
{\displaystyle {\cancel {\left[{\dfrac {p+1}{p^{2}+p+2}}\right]_{\!p\rightarrow \infty }}}=\rho _{1}\;+\left[{\dfrac {\left(\rho _{2}\;p+{\rho '}_{2}\right)\,p}{p^{2}+p+2}}\right]_{\!p\rightarrow \infty }\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
ρ
2
=
−
ρ
1
{\displaystyle \;\rho _{2}=-\rho _{1}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
ρ
2
=
−
1
2
{\displaystyle \;\rho _{2}=-{\dfrac {1}{2}}\;}
» et Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \succ \;}
la constante
ρ
′
2
{\displaystyle \;{\rho '}_{2}\;}
se déterminant en donnant une valeur particulière à
p
{\displaystyle \;p\;}
par exemple
p
=
−
1
{\displaystyle \;p=-1\;}
[ 116] soit Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
[
p
+
1
p
(
p
2
+
p
+
2
)
]
p
=
−
1
=
[
ρ
1
p
+
ρ
2
p
+
ρ
′
2
p
2
+
p
+
2
]
p
=
−
1
{\displaystyle {\cancel {\left[{\dfrac {p+1}{p\;(p^{2}+p+2)}}\right]_{\!p=-1}}}=\left[{\dfrac {\rho _{1}}{p}}+{\dfrac {\rho _{2}\;p+{\rho '}_{2}}{p^{2}+p+2}}\right]_{\!p=-1}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
ρ
′
2
2
=
ρ
1
+
ρ
2
2
=
ρ
1
2
{\displaystyle \;{\dfrac {{\rho '}_{2}}{2}}=\rho _{1}+{\dfrac {\rho _{2}}{2}}={\dfrac {\rho _{1}}{2}}\;}
[ 117]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
ρ
′
2
=
ρ
1
{\displaystyle \;{\rho '}_{2}=\rho _{1}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
ρ
′
2
=
1
2
{\displaystyle \;{\rho '}_{2}={\dfrac {1}{2}}\;}
» Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
la décomposer en éléments simples soit finalement «
F
(
p
)
=
1
2
p
−
1
2
p
−
1
p
2
+
p
+
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {1}{2\;p}}-{\dfrac {1}{2}}\;{\dfrac {p-1}{p^{2}+p+2}}\;}
» et Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \bullet \;}
en déduire l'« originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
de
F
(
p
)
=
p
+
1
p
(
p
2
+
p
+
2
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p\,(p^{2}+p+2)}}\;}
par transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
inverse de Laplace[ 1] » Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale «
f
(
t
)
=
L
−
1
{
F
(
p
)
}
=
1
2
L
−
1
{
1
p
}
−
1
2
L
−
1
{
p
−
1
p
2
+
p
+
2
}
{\displaystyle \;f(t)={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F(p)\right\rbrace ={\dfrac {1}{2}}\;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {1}{p}}\right\rbrace -{\dfrac {1}{2}}\;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {p-1}{p^{2}+p+2}}\right\rbrace \;}
[ 107] »
{
{\displaystyle \;{\Bigg \{}\!}
à ce stade il devient utile de réécrire le Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale « 2ème élément simple correspondant aux pôles complexes conjugués de façon à utiliser les transformées
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérales
)
{\displaystyle {\big )}\;}
Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale « inverses de Laplace[ 1] «
[
L
−
1
{
p
+
a
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
}
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
L
−
1
{
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
}
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
]
{\displaystyle \;\left[{\begin{array}{c}{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {p+a}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right\rbrace =\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\\{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right\rbrace =\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\end{array}}\right]\;}
»[ 118]
soit, le dénominateur de ce 2ème Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale « élément simple se réécrivant selon «
p
2
+
p
+
2
=
(
p
+
1
2
)
2
−
1
4
+
2
=
(
p
+
1
2
)
2
+
(
7
2
)
2
{\displaystyle \;p^{2}+p+2=\left(p+{\dfrac {1}{2}}\right)^{\!2}-{\dfrac {1}{4}}+2=\left(p+{\dfrac {1}{2}}\right)^{\!2}+\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\right)^{\!2}\;}
» induisant Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale «
[
a
=
1
2
ω
=
7
2
]
{\displaystyle \left[{\begin{array}{c}a={\dfrac {1}{2}}\\\omega ={\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\end{array}}\right]}
, suggérant la réécriture du numérateur de ce 2ème élément simple selon «
p
−
1
=
(
p
+
1
2
)
−
3
2
{\displaystyle \;p-1=\left(p+{\dfrac {1}{2}}\right)-{\dfrac {3}{2}}\;}
» Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale « soit «
p
−
1
=
(
p
+
1
2
)
−
3
7
7
2
{\displaystyle \;p-1=\left(p+{\dfrac {1}{2}}\right)-{\dfrac {3}{\sqrt {7}}}\;{\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\;}
» d'où la réécriture de ce 2ème élément simple selon Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale « «
p
−
1
p
2
+
p
+
2
=
p
+
1
2
(
p
+
1
2
)
2
+
(
7
2
)
2
−
3
7
7
2
(
p
+
1
2
)
2
+
(
7
2
)
2
{\displaystyle \;{\dfrac {p-1}{p^{2}+p+2}}={\dfrac {p+{\dfrac {1}{2}}}{\left(p+{\dfrac {1}{2}}\right)^{\!2}+\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\right)^{\!2}}}-{\dfrac {3}{\sqrt {7}}}\;{\dfrac {\dfrac {\sqrt {7}}{2}}{\left(p+{\dfrac {1}{2}}\right)^{\!2}+\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\right)^{\!2}}}\;}
»
}
{\displaystyle {\Bigg \}}\;}
soit, avec «
f
(
t
)
=
L
−
1
{
F
(
p
)
}
{\displaystyle \;f(t)={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F(p)\right\rbrace \;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale «
f
(
t
)
=
1
2
[
L
−
1
{
1
p
}
−
L
−
1
{
p
+
1
2
(
p
+
1
2
)
2
+
(
7
2
)
2
}
+
3
7
L
−
1
{
7
2
(
p
+
1
2
)
2
+
(
7
2
)
2
}
]
{\displaystyle \;f(t)={\dfrac {1}{2}}\left[{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {1}{p}}\right\rbrace -{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {p+{\dfrac {1}{2}}}{\left(p+{\dfrac {1}{2}}\right)^{\!2}+\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\right)^{\!2}}}\right\rbrace +{\dfrac {3}{\sqrt {7}}}\;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {\dfrac {\sqrt {7}}{2}}{\left(p+{\dfrac {1}{2}}\right)^{\!2}+\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\right)^{\!2}}}\right\rbrace \right]\;}
» [ 107] ou Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale «
f
(
t
)
=
L
−
1
{
F
(
p
)
}
=
1
2
[
1
−
exp
(
−
1
2
t
)
cos
(
7
2
t
)
+
3
7
exp
(
−
1
2
t
)
sin
(
7
2
t
)
]
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F(p)\right\rbrace ={\dfrac {1}{2}}\left[1-\exp \!\left(-{\dfrac {1}{2}}\;t\right)\,\cos \!\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\;t\right)+{\dfrac {3}{\sqrt {7}}}\;\exp \!\left(-{\dfrac {1}{2}}\;t\right)\,\sin \!\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\;t\right)\right]\,Y(t)\;}
» [ 106] , [ 118] Soit à « déterminer l'originale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
on commence par
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
en déduire l'originale «
f
(
t
)
=
L
−
1
{
F
(
p
)
}
=
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace F(p)\right\rbrace =}}
sous la condition
ℜ
(
p
)
>
max
(
0
;
−
1
2
)
=
0
{\displaystyle \;\Re (p)>\max \left(0\,;\,-{\dfrac {1}{2}}\right)=0\;}
».
Remarque : il est possible de mettre l'expression «
g
(
t
)
=
cos
(
7
2
t
)
−
3
7
sin
(
7
2
t
)
{\displaystyle \;g(t)=\cos \!\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\;t\right)-{\dfrac {3}{\sqrt {7}}}\;\sin \!\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\;t\right)\;}
» sous la forme «
g
(
t
)
=
C
cos
(
7
2
t
+
φ
)
{\displaystyle \;g(t)=C\;\cos \!\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\;t+\varphi \right)\;}
»[ 119] en posant Remarque : «
C
=
(
1
)
2
+
(
−
3
)
2
7
=
4
7
{\displaystyle \;C={\sqrt {(1)^{2}+{\dfrac {(-3)^{2}}{7}}}}={\dfrac {4}{\sqrt {7}}}\;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
g
(
t
)
=
4
7
[
7
4
cos
(
7
2
t
)
−
3
4
sin
(
7
2
t
)
]
{\displaystyle \;g(t)={\dfrac {4}{\sqrt {7}}}\left[{\dfrac {\sqrt {7}}{4}}\;\cos \!\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\;t\right)-{\dfrac {3}{4}}\;\sin \!\left({\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\;t\right)\right]\;}
» puis Remarque : «
{
cos
(
φ
)
=
7
4
sin
(
φ
)
=
3
4
}
{\displaystyle \left\lbrace {\begin{array}{c}\cos(\varphi )={\dfrac {\sqrt {7}}{4}}\\\sin(\varphi )={\dfrac {3}{4}}\end{array}}\right\rbrace \;}
» correspondant à «
φ
=
arctan
(
3
7
)
{\displaystyle \;\varphi =\arctan \!\left({\dfrac {3}{\sqrt {7}}}\right)\;}
»[ 120]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
g
(
t
)
=
4
7
cos
[
7
2
t
+
arctan
(
3
7
)
]
{\displaystyle \;g(t)={\dfrac {4}{\sqrt {7}}}\;\cos \!\left[{\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\;t+\arctan \!\left({\dfrac {3}{\sqrt {7}}}\right)\right]\;}
» Remarque : permettant de réécrire l'« originale de
F
(
p
)
=
p
+
1
p
(
p
2
+
p
+
2
)
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+1}{p\;(p^{2}+p+2)}}\;}
» par transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] sous la forme Remarque : permettant de réécrire l'« originale «
f
(
t
)
=
L
−
1
{
p
+
1
p
(
p
2
+
p
+
2
)
}
=
1
2
{
1
−
4
7
exp
(
−
1
2
t
)
cos
[
7
2
t
+
arctan
(
3
7
)
]
}
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)={\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {p+1}{p\,(p^{2}+p+2)}}\right\rbrace ={\dfrac {1}{2}}\left\lbrace 1-{\dfrac {4}{\sqrt {7}}}\;\exp \!\left(-{\dfrac {1}{2}}\;t\right)\,\cos \!\left[{\dfrac {\sqrt {7}}{2}}\;t+\arctan \!\left({\dfrac {3}{\sqrt {7}}}\right)\right]\right\rbrace \,Y(t)\;}
»[ 121] si
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
ou numériquement Remarque : permettant de réécrire l'« originale «
f
(
t
)
≃
1
2
[
1
−
1
,
512
exp
(
−
0
,
5
t
)
cos
(
1
,
323
t
+
0
,
848
)
]
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\simeq {\dfrac {1}{2}}\left[1-1,512\;\exp \!\left(-0,5\;t\right)\,\cos \!\left(1,323\;t+0,848\right)\right]\,Y(t)\;}
» sous la condition
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0}
.
Début d’un théorème
Théorème (admis) de la valeur initiale dans la transformation (monolatérale) de Laplace
Soit une « fonction réelle causale[ 4] , [ 9]
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
de la variable réelle
t
{\displaystyle \;t\;}
»[ 122] , Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
convergeant en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
[ 123] et Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
telle qu'une transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
F
(
p
)
=
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;F(p)={\mathcal {L}}\!\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
» Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
telle qu'une d'abscisse de convergence
α
∈
R
∪
−
∞
{\displaystyle \;\alpha \in \mathbb {R} \,\cup \,-\infty \;}
[ 124] lui est associée[ 125] , nous admettons[ 126] la propriété suivante «
lim
t
→
0
+
[
f
(
t
)
]
=
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\lim \limits _{t\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[f(t)\right]=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }\;}
».
Fin du théorème
À défaut de démonstration[ 126] , on peut vérifier le « théorème de la valeur initiale » sur des exemples :
« fonction de Heaviside[ 20]
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou échelon unité
)
{\displaystyle {\big )}}
f
(
t
)
=
{
1
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;f(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}1\;{\text{si}}\;t>0\\0\;{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace \;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
1
p
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {1}{p}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 67] , « fonction de Heaviside
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou échelon unité
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}}
f
(
t
)
=
{
1
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}1\;{\text{si}}\;t>0\\0\;{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace }\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
1
=
f
(
0
+
)
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=1=f(0^{+})\;}
»,
« fonction rampe
f
(
t
)
=
{
a
t
si
t
⩾
0
0
si
t
⩽
0
}
{\displaystyle \;f(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\;t\;{\text{si}}\;t\geqslant 0\\0\quad {\text{si}}\;t\leqslant 0\end{array}}\right\rbrace \;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
a
p
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {a}{p^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 67] , « fonction rampe
f
(
t
)
=
{
a
t
si
t
⩾
0
0
si
t
⩽
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\;t\;{\text{si}}\;t\geqslant 0\\0\quad {\text{si}}\;t\leqslant 0\end{array}}\right\rbrace }\;}
» on vérifie que
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
0
=
f
(
0
+
)
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=0=f(0^{+})\;}
»,
« fonction exponentielle réelle
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\exp(-a\,t)\;Y(t)\;}
avec
a
∈
R
∗
{\displaystyle \;a\in \mathbb {R} ^{*}\;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
1
p
+
a
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {1}{p+a}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 106] , « fonction exponentielle réelle
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;Y(t)}\;}
avec
a
∈
R
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{a\in \mathbb {R} ^{*}}\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
1
=
f
(
0
+
)
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=1=f(0^{+})\;}
»,
« fonction cosinusoïdale
f
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82] de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
p
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 127] , « fonction cosinusoïdale
f
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
» avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
1
=
f
(
0
+
)
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=1=f(0^{+})\;}
»,
« fonction sinusoïdale
f
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82] de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
ω
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 127] , « fonction sinusoïdale
f
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
» avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
0
=
f
(
0
+
)
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=0=f(0^{+})\;}
»,
« fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
a
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{c}\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\\a\in \mathbb {R} _{+}^{*}\end{array}}\right\rbrace \;}
»[ 82] de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
p
+
a
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+a}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
» avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\right\rbrace }\;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 128] , « fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
» avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\right\rbrace }\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
1
=
f
(
0
+
)
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=1=f(0^{+})\;}
» et
« fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
a
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{c}\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\\a\in \mathbb {R} _{+}^{*}\end{array}}\right\rbrace \;}
»[ 82] de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
» avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\right\rbrace }\;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 128] , « fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
» avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\right\rbrace }\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
0
=
f
(
0
+
)
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=0=f(0^{+})\;}
»
…
{\displaystyle \;\ldots }
Valeur initiale de la dérivée temporelle dans la transformation (monolatérale) de Laplace
Soit une « fonction réelle causale[ 4] , [ 9]
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
et sa dérivée temporelle[ 129]
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)\;}
de la variable réelle
t
{\displaystyle \;t\;}
»[ 122] , Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
et sa dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
convergeant toutes deux en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
[ 123] et Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
et sa dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
telle qu'une transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
et sa dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
Laplace[ 1] leur est respectivement associée[ 125] soit Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
et sa dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
L
{
f
(
t
)
}
=
F
(
p
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace f(t)\right\rbrace =F(p)\;}
» d'abscisse de convergence Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
et sa dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
α
∈
R
∪
−
∞
{\displaystyle \;\alpha \in \mathbb {R} \,\cup \,-\infty \;}
[ 124] et Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
et sa dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
L
{
f
˙
(
t
)
}
=
p
F
(
p
)
−
f
(
0
+
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace =p\;F(p)-f(0^{+})}
»[ 130] d'abscisse Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
et sa dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)}\;}
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
« de convergence
α
∈
R
∪
−
∞
{\displaystyle \;\alpha \in \mathbb {R} \,\cup \,-\infty \;}
[ 124] , nous admettons la validité de la propriété suivante[ 131] «
lim
t
→
0
+
[
f
˙
(
t
)
]
=
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\lim \limits _{t\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[{\dot {f}}(t)\right]=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}
».
Reprenant les exemples des fonctions usuelles ayant servi à vérifier le théorème de la valeur initiale Reprenant les exemples des fonctions usuelles à l'exception de la fonction de Heaviside[ 20]
(
{\displaystyle \;{\big (}}
car sa dérivée diverge en
t
=
0
)
{\displaystyle \;t=0{\big )}\;}
Reprenant les exemples des fonctions usuelles pour justifier la validité de la détermination de la valeur initiale de la dérivée temporelle utilisant la transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] :
« fonction rampe
f
(
t
)
=
{
a
t
si
t
⩾
0
0
si
t
⩽
0
}
{\displaystyle \;f(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\;t\;{\text{si}}\;t\geqslant 0\\0\quad {\text{si}}\;t\leqslant 0\end{array}}\right\rbrace \;}
»
[
{\displaystyle \;{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
0
{\displaystyle \;f(0^{+})=0\;}
»
]
{\displaystyle {\big ]}\;}
de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
a
p
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {a}{p^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 67] , de « dérivée temporelle[ 132]
f
˙
(
t
)
=
{
a
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\quad {\text{si}}\;t>0\\0\quad {\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace \;}
(
{\displaystyle {\big (}}
discontinue de 1ère espèce en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
[ 38]
)
{\displaystyle {\big )}\;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
G
(
p
)
=
p
F
(
p
)
{\displaystyle \;G(p)=p\;F(p)\;}
[ 130]
=
a
p
{\displaystyle ={\dfrac {a}{p}}\;}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
a
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace a\quad {\text{si}}\;t>0\right\rbrace }\;}
(
{\displaystyle \color {transparent}{\big (}}
discontinue de 1ère espèce en
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=0}\;}
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
G
(
p
)
=
p
F
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{G(p)=p\;F(p)}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
[ 133] » « dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
a
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\quad {\text{si}}\;t>0\\0\quad {\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace }\;}
(
{\displaystyle \color {transparent}{\big (}}
discontinue de 1ère espèce en
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=0}\;}
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
=
a
=
f
˙
(
0
+
)
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)\;{\cancel {-p\;f(0^{+})}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=a={\dot {f}}(0^{+})\;}
»,
« fonction exponentielle réelle
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
=
{
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;f(t)=\exp(-a\,t)\;Y(t)=\left\lbrace {\begin{array}{c l}\exp(-a\,t)\!\!&{\text{si}}\;t>0\\0\!\!&{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace \;}
avec
a
∈
R
∗
{\displaystyle \;a\in \mathbb {R} ^{*}\;}
»
[
{\displaystyle \;{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
1
{\displaystyle \;f(0^{+})=1\;}
»
]
{\displaystyle {\big ]}\;}
de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
1
p
+
a
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {1}{p+a}}\;}
pour « fonction exponentielle réelle
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
=
{
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;Y(t)=\left\lbrace \exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }\;}
avec
a
∈
R
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{a\in \mathbb {R} ^{*}}\;}
»
[
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
1
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(0^{+})=1}\;}
»
]
{\displaystyle \color {transparent}{\big ]}\;}
de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 106] , de « dérivée temporelle[ 132]
f
˙
(
t
)
=
{
−
a
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
=
−
a
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{c l}-a\;\exp(-a\,t)\!\!&{\text{si}}\;t>0\\0\!\!&{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace =-a\;\exp(-a\,t)\;Y(t)\;}
(
{\displaystyle {\big (}}
discontinue de 1ère espèce en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
[ 38]
)
{\displaystyle {\big )}\;}
», de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
G
(
p
)
=
{\displaystyle \;G(p)=}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
−
a
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
=
−
a
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace -a\;\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace =-a\;\exp(-a\,t)\;Y(t)}\;}
(
{\displaystyle \color {transparent}{\big (}}
discontinue de 1ère espèce en
t
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{t=0}\;}
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
», de «
p
F
(
p
)
−
1
{\displaystyle p\;F(p)-1\;}
[ 130]
=
−
a
p
+
a
{\displaystyle ={\dfrac {-a}{p+a}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
[ 134] » « dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
−
a
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
=
−
a
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace -a\;\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace =-a\;\exp(-a\,t)\;Y(t)}\;}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
+
∞
[
p
2
p
+
a
−
p
]
p
∈
R
=
lim
p
→
+
∞
[
−
p
a
)
p
+
a
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[{\dfrac {p^{2}}{p+a}}-p\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[{\dfrac {-p\;a)}{p+a}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
−
a
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
=
−
a
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace -a\;\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace =-a\;\exp(-a\,t)\;Y(t)}\;}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\color {transparent}{\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}}
=
−
a
=
f
˙
(
0
+
)
{\displaystyle =-a={\dot {f}}(0^{+})\;}
»,
« fonction cosinusoïdale
f
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
=
{
cos
(
ω
t
)
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;f(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)=\left\lbrace {\begin{array}{c l}\cos(\omega \,t)\!\!&{\text{si}}\;t>0\\0\!\!&{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace \;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82]
[
{\displaystyle \;{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
1
{\displaystyle \;f(0^{+})=1\;}
»
]
{\displaystyle {\big ]}\;}
de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
p
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« fonction cosinusoïdale
f
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
=
{
cos
(
ω
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)=\left\lbrace \cos(\omega \,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
»
[
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
1
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(0^{+})=1}\;}
»
]
{\displaystyle \color {transparent}{\big ]}\;}
de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 127] , de « dérivée temporelle[ 132]
f
˙
(
t
)
=
{
−
ω
sin
(
ω
t
)
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
=
−
ω
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{c l}-\omega \;\sin(\omega \,t)\!\!&{\text{si}}\;t>0\\0\!\!&{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace =-\omega \;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
[ 135] », de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
G
(
p
)
=
p
F
(
p
)
−
1
{\displaystyle \;G(p)=p\;F(p)-1\;}
[ 130]
=
−
ω
2
p
2
+
ω
2
{\displaystyle ={\dfrac {-\omega ^{2}}{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
−
ω
sin
(
ω
t
)
si
t
>
0
}
=
−
ω
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace -\omega \;\sin(\omega \,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace =-\omega \;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
», de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
G
(
p
)
=
p
F
(
p
)
−
1
{\displaystyle \;\color {transparent}{G(p)=p\;F(p)-1}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
[ 136] » « dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
−
ω
sin
(
ω
t
)
si
t
>
0
}
=
−
ω
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace -\omega \;\sin(\omega \,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace =-\omega \;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
+
∞
[
p
3
p
2
+
ω
2
−
p
]
p
∈
R
=
lim
p
→
+
∞
[
−
p
ω
2
p
2
+
ω
2
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[{\dfrac {p^{3}}{p^{2}+\omega ^{2}}}-p\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[{\dfrac {-p\;\omega ^{2}}{p^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
−
ω
sin
(
ω
t
)
si
t
>
0
}
=
−
ω
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace -\omega \;\sin(\omega \,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace =-\omega \;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\color {transparent}{\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}}
=
0
=
f
˙
(
0
+
)
{\displaystyle =0={\dot {f}}(0^{+})\;}
»,
« fonction sinusoïdale
f
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
=
{
sin
(
ω
t
)
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;f(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)=\left\lbrace {\begin{array}{c l}\sin(\omega \,t)\!\!&{\text{si}}\;t>0\\0\!\!&{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace \;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82]
[
{\displaystyle \;{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
0
{\displaystyle \;f(0^{+})=0\;}
»
]
{\displaystyle {\big ]}\;}
de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
ω
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« fonction sinusoïdale
f
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
=
{
sin
(
ω
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)=\left\lbrace \sin(\omega \,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}}\;}
»
[
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(0^{+})=0}\;}
»
]
{\displaystyle \color {transparent}{\big ]}\;}
de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 127] , de « dérivée temporelle[ 132]
f
˙
(
t
)
=
{
ω
cos
(
ω
t
)
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
=
ω
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{c l}\omega \;\cos(\omega \,t)\!\!&{\text{si}}\;t>0\\0\!\!&{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace =\omega \;\cos(\omega \,t)\;Y(t)\;}
{
{\displaystyle {\big \{}}
discontinue de 1ère espèce[ 38]
}
{\displaystyle {\big \}}\;}
», de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
G
(
p
)
=
p
F
(
p
)
{\displaystyle \;G(p)=p\;F(p)\;}
[ 130] « dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
ω
cos
(
ω
t
)
si
t
>
0
}
=
ω
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \omega \;\cos(\omega \,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace =\omega \;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
»,
{
{\displaystyle \color {transparent}{\big \{}}
discontinue de 1ère espèce
}
{\displaystyle \color {transparent}{\big \}}\;}
», de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
G
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{G(p)}\;}
=
p
ω
p
2
+
ω
2
{\displaystyle ={\dfrac {p\;\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
ω
cos
(
ω
t
)
si
t
>
0
}
=
ω
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \omega \;\cos(\omega \,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace =\omega \;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
»,
{
{\displaystyle \color {transparent}{\big \{}}
discontinue de 1ère espèce
}
{\displaystyle \color {transparent}{\big \}}\;}
», de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
G
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{G(p)}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
[ 137] » « dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
ω
cos
(
ω
t
)
si
t
>
0
}
=
ω
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \omega \;\cos(\omega \,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace =\omega \;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
+
∞
[
p
2
ω
p
2
+
ω
2
]
p
∈
R
=
ω
=
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)\;{\cancel {-p\;f(0^{+})}}\;\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[{\dfrac {p^{2}\;\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\omega =}
f
˙
(
0
+
)
{\displaystyle {\dot {f}}(0^{+})\;}
»,
« fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
a
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\left\lbrace \!{\begin{array}{c}\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\\a\in \mathbb {R} _{+}^{*}\end{array}}\!\right\rbrace \;}
»[ 82]
[
{\displaystyle \;{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
1
{\displaystyle \;f(0^{+})=1\;}
»
]
{\displaystyle {\big ]}\;}
de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] « fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \!\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\!\right\rbrace }\;}
»
[
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
1
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(0^{+})=1}\;}
»
]
{\displaystyle \color {transparent}{\big ]}\;}
de «
F
(
p
)
=
p
+
a
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+a}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 128] , de « dérivée temporelle[ 132]
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
cos
(
ω
t
)
−
ω
sin
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
=
[
−
a
cos
(
ω
t
)
−
ω
sin
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{c l}\left[-a\;\cos(\omega \,t)-\omega \;\sin(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!&{\text{si}}\;t>0\\0\!\!&{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace =\left[-a\;\cos(\omega \,t)-\omega \;\sin(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\;Y(t)\;}
{
{\displaystyle {\big \{}}
discontinue de 1ère espèce[ 38]
}
{\displaystyle {\big \}}\;}
», « dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
cos
(
ω
t
)
−
ω
sin
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \left[-a\;\cos(\omega \,t)-\omega \;\sin(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }}
de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
G
(
p
)
=
p
F
(
p
)
−
f
(
0
+
)
{\displaystyle \;G(p)=p\;F(p)-f(0^{+})\;}
[ 130]
=
−
a
(
p
+
a
)
+
ω
2
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle =-{\dfrac {a\;(p+a)+\omega ^{2}}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
cos
(
ω
t
)
−
ω
sin
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \left[-a\;\cos(\omega \,t)-\omega \;\sin(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }}
de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
G
(
p
)
=
{\displaystyle \;\color {transparent}{G(p)=}}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
[ 138] » « dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
cos
(
ω
t
)
−
ω
sin
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \left[-a\;\cos(\omega \,t)-\omega \;\sin(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
+
∞
[
p
2
(
p
+
a
)
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
−
p
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[{\dfrac {p^{2}\,(p+a)}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}-p\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
cos
(
ω
t
)
−
ω
sin
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \left[-a\;\cos(\omega \,t)-\omega \;\sin(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\color {transparent}{\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}}
=
lim
p
→
+
∞
[
p
2
(
p
+
a
)
−
p
(
p
+
a
)
2
−
p
ω
2
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
]
p
∈
R
{\displaystyle =\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[{\dfrac {p^{2}\,(p+a)-p\,(p+a)^{2}-p\;\omega ^{2}}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
cos
(
ω
t
)
−
ω
sin
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \left[-a\;\cos(\omega \,t)-\omega \;\sin(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\color {transparent}{\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}}
=
lim
p
→
+
∞
[
−
p
2
a
−
p
(
a
2
+
ω
2
)
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
]
p
∈
R
{\displaystyle =\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[{\dfrac {-p^{2}\;a-p\,(a^{2}+\omega ^{2})}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
cos
(
ω
t
)
−
ω
sin
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \left[-a\;\cos(\omega \,t)-\omega \;\sin(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\color {transparent}{\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}}
=
−
a
=
f
˙
(
0
+
)
{\displaystyle =-a={\dot {f}}(0^{+})\;}
» et
« fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
a
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\left\lbrace \!{\begin{array}{c}\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\\a\in \mathbb {R} _{+}^{*}\end{array}}\!\right\rbrace \;}
»[ 82]
[
{\displaystyle \;{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
0
{\displaystyle \;f(0^{+})=0\;}
»
]
{\displaystyle {\big ]}\;}
de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] « fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \!\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\!\right\rbrace }\;}
»
[
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big [}}
«
f
(
0
+
)
=
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(0^{+})=0}\;}
»
]
{\displaystyle \color {transparent}{\big ]}\;}
de «
F
(
p
)
=
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 128] , de « dérivée temporelle[ 132]
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
sin
(
ω
t
)
+
ω
cos
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
=
[
−
a
sin
(
ω
t
)
+
ω
cos
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)=\left\lbrace {\begin{array}{c l}\left[-a\;\sin(\omega \,t)+\omega \;\cos(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!&{\text{si}}\;t>0\\0\!\!&{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace =\left[-a\;\sin(\omega \,t)+\omega \;\cos(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\;Y(t)\;}
{
{\displaystyle {\big \{}}
discontinue de 1ère espèce[ 38]
}
{\displaystyle {\big \}}\;}
», « dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
sin
(
ω
t
)
+
ω
cos
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \left[-a\;\sin(\omega \,t)+\omega \;\cos(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }}
de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
G
(
p
)
=
p
F
(
p
)
{\displaystyle \;G(p)=p\;F(p)\;}
[ 130]
=
p
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle ={\dfrac {p\;\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
sin
(
ω
t
)
+
ω
cos
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \left[-a\;\sin(\omega \,t)+\omega \;\cos(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }}
de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
G
(
p
)
=
{\displaystyle \;\color {transparent}{G(p)=}}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
[ 139] » « dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
sin
(
ω
t
)
+
ω
cos
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \left[-a\;\sin(\omega \,t)+\omega \;\cos(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
+
∞
[
p
2
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[{\dfrac {p^{2}\,\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}
« dérivée temporelle
f
˙
(
t
)
=
{
[
−
a
sin
(
ω
t
)
+
ω
cos
(
ω
t
)
]
exp
(
−
a
t
)
si
t
>
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\dot {f}}(t)=\left\lbrace \left[-a\;\sin(\omega \,t)+\omega \;\cos(\omega \,t)\right]\,\exp(-a\,t)\!\!{\text{si}}\;t>0\right\rbrace }}
on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
2
F
(
p
)
−
p
f
(
0
+
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\color {transparent}{\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p^{2}\;F(p)-p\;f(0^{+})\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}}
=
ω
=
f
˙
(
0
+
)
{\displaystyle =\omega ={\dot {f}}(0^{+})\;}
».
Début d’un théorème
Théorème (admis) de la valeur finale dans la transformation (monolatérale) de Laplace
Soit une « fonction réelle causale[ 4] , [ 9]
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
de la variable réelle
t
{\displaystyle \;t\;}
»[ 122] , Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
convergeant pour
t
→
+
∞
{\displaystyle \;t\rightarrow +\infty \;}
[ 140] , Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
localement intégrable au voisinage de
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
[ 141] et Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
telle qu'une transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
F
(
p
)
=
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;F(p)={\mathcal {L}}\!\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
» Soit une « fonction réelle causale
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)}\;}
d'abscisse de convergence
α
∈
R
−
∪
−
∞
{\displaystyle \;\alpha \in \mathbb {R} ^{-}\,\cup \,-\infty \;}
[ 142] lui est associée[ 125] , nous admettons[ 143] la propriété suivante «
lim
t
→
+
∞
[
f
(
t
)
]
=
lim
p
→
0
+
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\lim \limits _{t\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[f(t)\right]=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }\;}
».
Fin du théorème
À défaut de démonstration[ 143] , on peut vérifier le « théorème de la valeur finale » sur des exemples :
« fonction de Heaviside[ 20]
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou échelon unité
)
{\displaystyle {\big )}}
f
(
t
)
=
{
1
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;f(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}1\;{\text{si}}\;t>0\\0\;{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace \;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
1
p
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {1}{p}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 67] , « fonction de Heaviside
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou échelon unité
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}}
f
(
t
)
=
{
1
si
t
>
0
0
si
t
<
0
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}1\;{\text{si}}\;t>0\\0\;{\text{si}}\;t<0\end{array}}\right\rbrace }\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
0
+
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
1
=
lim
t
→
+
∞
[
f
(
t
)
]
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=1=\lim \limits _{t\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[f(t)\right]\;}
»,
« fonction rampe
f
(
t
)
=
{
a
t
si
t
⩾
0
0
si
t
⩽
0
}
{\displaystyle \;f(t)=\left\lbrace {\begin{array}{l}a\;t\;{\text{si}}\;t\geqslant 0\\0\quad {\text{si}}\;t\leqslant 0\end{array}}\right\rbrace \;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
a
p
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {a}{p^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 67] , on ne peut lui appliquer le théorème de la valeur finale , cette fonction divergeant à l'infini, néanmoins on vérifie que «
lim
p
→
0
+
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
0
+
[
p
a
p
2
]
p
∈
R
=
∞
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[p\;{\dfrac {a}{p^{2}}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\infty \;}
»,
« fonction exponentielle réelle
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\exp(-a\,t)\;Y(t)\;}
avec
a
∈
R
∗
{\displaystyle \;a\in \mathbb {R} ^{*}\;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
1
p
+
a
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {1}{p+a}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
» [ 106] , [ 144] , « fonction exponentielle réelle
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;Y(t)}\;}
avec
a
∈
R
∗
{\displaystyle \;\color {transparent}{a\in \mathbb {R} ^{*}}\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
0
+
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
0
+
[
p
p
+
a
]
p
∈
R
=
0
=
lim
t
→
+
∞
[
f
(
t
)
]
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[{\dfrac {p}{p+a}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=0=\lim \limits _{t\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[f(t)\right]\;}
»[ 145] ,
« fonction cosinusoïdale
f
(
t
)
=
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\cos(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82] de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
p
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 127] , on ne peut lui appliquer le théorème de la valeur finale , cette fonction n'ayant aucune limite à l'infini, ce qu'on vérifie car «
lim
p
→
0
+
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
0
+
[
p
p
p
2
+
ω
2
]
p
∈
R
=
0
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[p\;{\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=0\;}
alors que on ne peut lui appliquer le théorème de la valeur finale, cette fonction n'ayant aucune limite à l'infini, ce qu'on vérifie car «
lim
t
→
+
∞
[
f
(
t
)
]
{\displaystyle \;\lim \limits _{t\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[f(t)\right]\;}
n'existe pas »,
« fonction sinusoïdale
f
(
t
)
=
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
ω
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82] de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
ω
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 127] , on ne peut lui appliquer le théorème de la valeur finale , cette fonction n'ayant aucune limite à l'infini, ce qu'on vérifie car «
lim
p
→
0
+
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
0
+
[
p
ω
p
2
+
ω
2
]
p
∈
R
=
0
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,0^{+}}\!\left[p\;{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=0\;}
alors que on ne peut lui appliquer le théorème de la valeur finale, cette fonction n'ayant aucune limite à l'infini, ce qu'on vérifie car «
lim
t
→
+
∞
[
f
(
t
)
]
{\displaystyle \;\lim \limits _{t\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[f(t)\right]\;}
n'existe pas »,
« fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
a
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\left\lbrace \!{\begin{array}{c}\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\\a\in \mathbb {R} _{+}^{*}\end{array}}\!\right\rbrace \;}
»[ 82] de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
p
+
a
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {p+a}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \!\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\!\right\rbrace }\;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 128] , [ 144] , « fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \!\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\!\right\rbrace }\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
+
∞
[
p
p
+
a
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
]
p
∈
R
=
0
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;{\dfrac {p+a}{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=0}
« fonction cosinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \!\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\!\right\rbrace }\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\color {transparent}{\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}}
=
lim
t
→
+
∞
[
f
(
t
)
]
{\displaystyle =\lim \limits _{t\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[f(t)\right]\;}
»[ 146] et
« fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)=\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
a
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\left\lbrace \!{\begin{array}{c}\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\\a\in \mathbb {R} _{+}^{*}\end{array}}\!\right\rbrace \;}
»[ 82] de « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
F
(
p
)
=
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
{\displaystyle \;F(p)={\dfrac {\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \!\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\!\right\rbrace }\;}
» de « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace pour
ℜ
(
p
)
>
−
a
{\displaystyle \;\Re (p)>-a\;}
»[ 128] , [ 144] , « fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \!\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\!\right\rbrace }\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
=
lim
p
→
+
∞
[
p
ω
(
p
+
a
)
2
+
ω
2
]
p
∈
R
=
0
{\displaystyle \;\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;{\dfrac {\omega }{(p+a)^{2}+\omega ^{2}}}\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }=0}
« fonction sinusoïdale amortie exponentiellement
f
(
t
)
=
exp
(
−
a
t
)
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{f(t)=\exp(-a\,t)\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
avec
{
ω
∈
R
+
∗
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left\lbrace \!\omega \in \mathbb {R} _{+}^{*}\!\right\rbrace }\;}
» on vérifie que «
lim
p
→
+
∞
[
p
F
(
p
)
]
p
∈
R
{\displaystyle \;\color {transparent}{\lim \limits _{p\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[p\;F(p)\right]_{p\,\in \,\mathbb {R} }}}
=
lim
t
→
+
∞
[
f
(
t
)
]
{\displaystyle =\lim \limits _{t\,\rightarrow \,+\infty }\!\left[f(t)\right]\;}
»[ 147]
…
{\displaystyle \;\ldots }
Nous cherchons des « solutions réelles causales »[ 4] , [ 9] d'« équations différentielles linéaires à cœfficients réels constants homogènes ou hétérogènes » Nous cherchons des « solutions réelles causales » d'« par utilisation de la transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
[
{\displaystyle \;{\big [}}
tous les termes du 1er et 2nd membre de l'équation devant être pourvus Nous cherchons des « solutions réelles causales » d'« par utilisation de la transformation
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
[
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big [}}
d'une transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] ,
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
l'excitation du 2nd Nous cherchons des « solutions réelles causales » d'« par utilisation de la transformation
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
[
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big [}}
membre de l'équation doit être continue, discontinue de 1ère ou 2ème Nous cherchons des « solutions réelles causales » d'« par utilisation de la transformation
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
[
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big [}}
espèce en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
[ 38] , [ 148] mais Nous cherchons des « solutions réelles causales » d'« par utilisation de la transformation
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
[
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big [}}
en aucun cas “ discontinue de 3ème espèce ”[ 149] , [ 150]
]
{\displaystyle {\big ]}}
, Nous cherchons des « solutions pouvant être continues ou discontinues de 1ère espèce en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
[ 38] pour une équation différentielle du 1er ordre[ 151] ou Nous cherchons des « solutions nécessairement continues en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
pour une équation différentielle du 2ème ordre ou plus[ 152] .
Remarque : Si cette méthode par transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] est pratique, elle n'est toutefois pas applicable dans toutes les configurations[ 153] et surtout Remarque : Si cette méthode par transformation
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace est pratique, elle ne doit pas être employée en physique par un étudiant de P.C.S.I. car Remarque : Si cette méthode par transformation
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace est pratique, elle ne doit pas être employée en physique il est exigé que ce soit par recherche de solutions libre et forcée Remarque : Si cette méthode par transformation
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace est pratique, elle ne doit pas être employée en physique suivie d'utilisation des C.I[ 154] . que la résolution soit faite[ 155] .
« Linéarité de la transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace »[ 1] soit «
L
{
λ
f
(
t
)
+
μ
g
(
t
)
}
=
λ
L
{
f
(
t
)
}
+
μ
L
{
g
(
t
)
}
,
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \lambda \;f(t)+\mu \;g(t)\right\rbrace =\lambda \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace +\mu \;{\mathcal {L}}\left\lbrace g(t)\right\rbrace ,\;}
[ 107] « Linéarité de la transformation
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace » soit «
∀
(
λ
,
μ
)
∈
R
2
{\displaystyle \forall \left(\lambda \,,\,\mu \right)\in \mathbb {R} ^{2}\;}
et
∀
{
f
(
t
)
,
g
(
t
)
}
{\displaystyle \;\forall \left\lbrace f(t)\,,\,g(t)\right\rbrace \;}
fonctions
(
{\displaystyle \;{\big (}}
ou distributions
)
{\displaystyle {\big )}\;}
admettant des transformées
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérales
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] « Linéarité de la transformation
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace » soit «
∀
(
λ
,
μ
)
∈
R
2
{\displaystyle \;\color {Transparent}{\forall \left(\lambda \,,\,\mu \right)\in \mathbb {R} ^{2}}\;}
et
∀
{
f
(
t
)
,
g
(
t
)
}
{\displaystyle \;\color {transparent}{\forall \left\lbrace f(t)\,,\,g(t)\right\rbrace }\;}
fonctions
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
ou distributions
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
admettant d'abscisses de convergence finies ou égales à
−
∞
{\displaystyle \;-\infty \;}
».
« Transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de la fonction de Heauvide[ 20] » «
L
{
Y
(
t
)
}
=
1
p
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace ={\dfrac {1}{p}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 67] .
« Transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] du pic de Dirac [ 22] d'impulsion unité » «
L
{
δ
(
t
)
}
=
1
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace \delta (t)\right\rbrace =1\;}
pour
∀
ℜ
(
p
)
∈
R
{\displaystyle \;\forall \;\Re (p)\,\in \,\mathbb {R} \;}
»[ 67] .
« Transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de la dérivée temporelle 1ère d'une fonction
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
à support positif[ 14] telle que
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
soit convergente en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
», soit « Transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de la dérivée temporelle 1ère «
L
{
f
˙
(
t
)
}
=
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace =}
p
L
{
f
(
t
)
}
−
f
(
0
+
)
{\displaystyle p\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace -f(0^{+})\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
[ 130] avec
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
».
« Transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de la dérivée temporelle 2nde d'une fonction
f
(
t
)
{\displaystyle \;f(t)\;}
à support positif[ 14] telle que
f
˙
(
t
)
{\displaystyle \;{\dot {f}}(t)\;}
soit convergente en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
», soit « Transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de la dérivée temporelle 2nde «
L
{
f
¨
(
t
)
}
=
p
L
{
f
˙
(
t
)
}
−
f
˙
(
0
+
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\ddot {f}}(t)\right\rbrace =p\;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}(t)\right\rbrace -{\dot {f}}(0^{+})\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
α
′
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha '\;}
[ 130] avec
α
′
{\displaystyle \;\alpha '\;}
abscisse de convergence de
L
{
f
˙
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\dot {f}}\right\rbrace \;}
ou encore « Transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de la dérivée temporelle 2nde «
L
{
f
¨
(
t
)
}
=
p
2
L
{
f
(
t
)
}
−
p
f
(
0
+
)
−
f
˙
(
0
+
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace {\ddot {f}}(t)\right\rbrace =p^{2}\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace -p\;f(0^{+})-{\dot {f}}(0^{+})\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
α
{\displaystyle \;\Re (p)>\alpha \;}
avec
α
{\displaystyle \;\alpha \;}
abscisse de convergence de
L
{
f
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace \;}
« Transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de la dérivée temporelle 2nde «
L
{
f
¨
(
t
)
}
=
p
2
L
{
f
(
t
)
}
−
p
f
(
0
+
)
−
f
˙
(
0
+
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace {\ddot {f}}(t)\right\rbrace =p^{2}\;{\mathcal {L}}\left\lbrace f(t)\right\rbrace -p\;f(0^{+})-{\dot {f}}(0^{+})}\;}
pour avec
α
⩾
α
′
{\displaystyle \;\alpha \geqslant \alpha '\;}
»[ 30] .
Méthode de résolution exposée sur un 1er exemple : équation différentielle linéaire à cœfficients réels constants du 2ème ordre en y(t) hétérogène, sans terme du 1er ordre, à excitation sinusoïdale[ modifier | modifier le wikicode ]
Soit à résoudre, dans le domaine des fonctions à support positif[ 14] convergeant en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0}
, Soit à résoudre, l'équation différentielle linéaire à cœfficients réels constants du 2ème ordre en
y
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)\;}
hétérogène, sans terme du 1er ordre, Soit à résoudre, l'équation différentielle linéaire à « excitation sinusoïdale
e
(
t
)
=
E
2
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;e(t)=E\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}
,
(
E
,
ω
)
∈
(
R
+
∗
)
2
{\displaystyle \;\left(E\,,\,\omega \right)\in \left(\mathbb {R} _{+}^{*}\right)^{2}\;}
»[ 82] , [ 156] Soit à résoudre, l'équation différentielle linéaire avec les « C.I[ 154] .
y
(
0
+
)
{\displaystyle \;y(0^{+})}
=
y
0
{\displaystyle =y_{0}\;}
et
y
˙
(
0
+
)
=
y
˙
0
{\displaystyle \;{\dot {y}}(0^{+})={\dot {y}}_{0}\;}
», Soit à résoudre, l'équation différentielle linéaire à cœfficients réels constants du 2ème ordre en
y
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)\;}
hétérogène, sans terme du 1er ordre, s'écrivant sous forme normalisée
«
y
¨
(
t
)
+
c
y
(
t
)
=
e
(
t
)
=
E
2
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;{\ddot {y}}(t)+c\;y(t)=e(t)=E\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
c
∈
R
∗
{\displaystyle \;c\in \mathbb {R} ^{*}\;}
»[ 156] .
« La transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de l'excitation sinusoïdale
e
(
t
)
=
E
2
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;e(t)=E\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
» s'écrivant «
L
{
e
(
t
)
}
=
E
2
L
{
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
E
2
ω
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace e(t)\right\rbrace =E\;{\sqrt {2}}\;{\mathcal {L}}\left\lbrace \sin(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace =E\;{\sqrt {2}}\;{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
« La transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de l'excitation sinusoïdale
e
(
t
)
=
E
2
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{e(t)=E\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)}\;}
» s'écrivant «
L
{
e
(
t
)
}
=
E
2
L
{
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
=
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\mathcal {L}}\left\lbrace e(t)\right\rbrace =E\;{\sqrt {2}}\;{\mathcal {L}}\left\lbrace \sin(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace =}}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 127] , nous obtenons, en utilisant le rappel des propriétés utilisées énoncé plus haut dans ce chapitre et en notant «
L
{
y
(
t
)
}
=
Y
_
(
p
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace y(t)\right\rbrace ={\underline {Y}}(p)\;}
»[ 157] pour simplifier l'écriture,
«
[
p
2
Y
_
(
p
)
−
p
y
0
−
y
˙
0
]
+
c
Y
_
(
p
)
=
E
2
ω
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;\left[p^{2}\;{\underline {Y}}(p)-p\;y_{0}-{\dot {y}}_{0}\right]+c\;{\underline {Y}}(p)=E\;{\sqrt {2}}\;{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
».
De l'équation précédente on tire aisément «
Y
_
(
p
)
=
E
2
ω
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
2
+
c
)
+
p
p
2
+
c
y
0
+
1
p
2
+
c
y
˙
0
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)=E\;{\sqrt {2}}\;{\dfrac {\omega }{(p^{2}+\omega ^{2})\;(p^{2}+c)}}+{\dfrac {p}{p^{2}+c}}\;y_{0}+{\dfrac {1}{p^{2}+c}}\;{\dot {y}}_{0}\;}
[ 157] pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
» à condition que «
p
2
+
c
{\displaystyle \;p^{2}+c\;}
soit
≠
0
{\displaystyle \;\neq 0\;}
».
Il reste donc à déterminer l'« originale de
Y
_
(
p
)
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)\;}
[ 157] dans l'hypothèse
p
2
+
c
≠
0
{\displaystyle \;p^{2}+c\neq 0\;}
»
[
{\displaystyle {\big [}}
nécessairement réalisée si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}
[ 158] Il reste donc à déterminer l'« originale de
Y
_
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {Y}}(p)}\;}
dans l'hypothèse où
p
2
+
c
≠
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{p^{2}+c\neq 0}\;}
»
[
{\displaystyle \color {transparent}{\big [}}
mais qui nécessite une restriction de domaine de
p
{\displaystyle \;p\;}
si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
<
0
{\displaystyle \;<0\;}
[ 159]
]
{\displaystyle {\big ]}}
.
Si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0}
, les « pôles de la fonction rationnelle
A
(
p
)
=
1
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
2
+
c
)
{\displaystyle \;A(p)={\dfrac {1}{(p^{2}+\omega ^{2})\;(p^{2}+c)}}\;}
étant deux à deux complexes conjugués » sa décomposition en éléments irréductibles simples s'écrit : Si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
,
≻
{\displaystyle \succ \;}
dans la mesure où «
c
≠
ω
2
{\displaystyle \;c\neq \omega ^{2}\;}
»,
A
(
p
)
=
ρ
1
p
+
ρ
′
1
p
2
+
ω
2
+
ρ
2
p
+
ρ
′
2
p
2
+
c
{\displaystyle \;A(p)={\dfrac {\rho _{1}\,p+{\rho '}_{1}}{p^{2}+\omega ^{2}}}+{\dfrac {\rho _{2}\,p+{\rho '}_{2}}{p^{2}+c}}\;}
dans lequel on détermine Si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
,
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
dans la mesure où «
c
≠
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{c\neq \omega ^{2}}\;}
», «
(
ρ
1
,
ρ
′
1
)
{\displaystyle \;\left(\rho _{1}\,,\,{\rho '}_{1}\right)\;}
» en multipliant les deux membres par
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;p^{2}+\omega ^{2}\;}
et en y faisant
p
=
±
i
ω
{\displaystyle \;p=\pm i\;\omega \;}
[ 104] soit
1
c
−
ω
2
=
{
ρ
1
i
ω
+
ρ
′
1
pour
p
=
i
ω
−
ρ
1
i
ω
+
ρ
′
1
pour
p
=
−
i
ω
}
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{c-\omega ^{2}}}=\left\lbrace {\begin{array}{c}\rho _{1}\,i\,\omega +{\rho '}_{1}\;{\text{pour}}\;p=i\,\omega \\-\rho _{1}\,i\,\omega +{\rho '}_{1}\;{\text{pour}}\;p=-i\,\omega \end{array}}\right\rbrace \;}
Si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
,
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
dans la mesure où «
c
≠
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{c\neq \omega ^{2}}\;}
», «
(
ρ
1
,
ρ
′
1
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left(\rho _{1}\,,\,{\rho '}_{1}\right)}\;}
» en multipliant les deux membres par
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{p^{2}+\omega ^{2}}\;}
et en y faisant
p
=
±
i
ω
{\displaystyle \;\color {transparent}{p=\pm i\;\omega }\;}
d'où «
ρ
1
=
0
{\displaystyle \;\rho _{1}=0\;}
et
ρ
′
1
=
1
c
−
ω
2
{\displaystyle \;{\rho '}_{1}={\dfrac {1}{c-\omega ^{2}}}\;}
» puis Si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
,
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
dans la mesure où «
c
≠
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{c\neq \omega ^{2}}\;}
», «
(
ρ
2
,
ρ
′
2
)
{\displaystyle \;\left(\rho _{2}\,,\,{\rho '}_{2}\right)\;}
» en multipliant les membres par
p
2
+
c
{\displaystyle \;p^{2}+c\;}
et en y faisant
p
=
±
i
c
{\displaystyle \;p=\pm i\;{\sqrt {c}}\;}
[ 104] soit
1
−
c
+
ω
2
=
{
ρ
2
i
c
+
ρ
′
2
pour
p
=
i
c
−
ρ
2
i
c
+
ρ
′
2
pour
p
=
−
i
c
}
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{-c+\omega ^{2}}}=\left\lbrace {\begin{array}{c}\rho _{2}\,i\,{\sqrt {c}}+{\rho '}_{2}\;{\text{pour}}\;p=i\,{\sqrt {c}}\\-\rho _{2}\,i\,{\sqrt {c}}+{\rho '}_{2}\;{\text{pour}}\;p=-i\,{\sqrt {c}}\end{array}}\right\rbrace \;}
Si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
,
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
dans la mesure où «
c
≠
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{c\neq \omega ^{2}}\;}
», «
(
ρ
2
,
ρ
′
2
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left(\rho _{2}\,,\,{\rho '}_{2}\right)}\;}
» en multipliant les membres par
p
2
+
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{p^{2}+c}\;}
et en y faisant
p
=
±
i
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{p=\pm i\;{\sqrt {c}}}\;}
d'où «
ρ
2
=
0
{\displaystyle \;\rho _{2}=0\;}
et
ρ
′
2
=
−
1
c
−
ω
2
{\displaystyle \;{\rho '}_{2}={\dfrac {-1}{c-\omega ^{2}}}\;}
» Si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
,
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
dans la mesure où «
c
≠
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{c\neq \omega ^{2}}\;}
», soit finalement «
A
(
p
)
=
1
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
2
+
c
)
=
1
c
−
ω
2
[
1
p
2
+
ω
2
−
1
p
2
+
c
]
{\displaystyle \;A(p)={\dfrac {1}{(p^{2}+\omega ^{2})\;(p^{2}+c)}}={\dfrac {1}{c-\omega ^{2}}}\,\left[{\dfrac {1}{p^{2}+\omega ^{2}}}-{\dfrac {1}{p^{2}+c}}\right]\;}
» ; Si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
,
≻
{\displaystyle \succ \;}
dans la mesure où «
c
=
ω
2
{\displaystyle \;c=\omega ^{2}\;}
»,
A
(
p
)
=
1
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
2
+
c
)
{\displaystyle \;A(p)={\dfrac {1}{(p^{2}+\omega ^{2})\;(p^{2}+c)}}\;}
se réécrivant «
A
(
p
)
=
1
(
p
2
+
ω
2
)
2
=
1
(
p
2
+
c
)
2
{\displaystyle \;A(p)={\dfrac {1}{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}={\dfrac {1}{\left(p^{2}+c\right)^{2}}}\;}
» est déjà décomposée en éléments irréductibles simples.
Il reste alors à chercher l'« originale de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
Y
_
(
p
)
=
E
2
ω
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
2
+
c
)
+
p
p
2
+
c
y
0
+
1
p
2
+
c
y
˙
0
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)=E\;{\sqrt {2}}\;{\dfrac {\omega }{(p^{2}+\omega ^{2})\;(p^{2}+c)}}+{\dfrac {p}{p^{2}+c}}\;y_{0}+{\dfrac {1}{p^{2}+c}}\;{\dot {y}}_{0}\;}
[ 157] Il reste alors à chercher l'« originale de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
Y
_
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {Y}}(p)}}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
» avec «
p
2
+
c
≠
0
{\displaystyle \;p^{2}+c\neq 0\;}
»[ 160] : Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \succ \;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;c>0\;}
en étant
≠
ω
2
{\displaystyle \;\neq \omega ^{2}\;}
», «
Y
_
(
p
)
=
E
2
c
−
ω
2
[
ω
p
2
+
ω
2
−
ω
c
c
p
2
+
c
]
+
p
p
2
+
c
y
0
+
c
p
2
+
c
y
˙
0
c
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)={\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{c-\omega ^{2}}}\,\left[{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}-{\dfrac {\omega }{\sqrt {c}}}\;{\dfrac {\sqrt {c}}{p^{2}+c}}\right]+{\dfrac {p}{p^{2}+c}}\;y_{0}+{\dfrac {\sqrt {c}}{p^{2}+c}}\;{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\sqrt {c}}}\;}
»[ 157] , [ 161] dont on tire, en reconnaissant Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
≠
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{\neq \omega ^{2}}\;}
», des originales de transformées
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérales
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] classiques, Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
≠
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{\neq \omega ^{2}}\;}
», «
y
(
t
)
=
{
E
2
c
−
ω
2
[
sin
(
ω
t
)
−
ω
c
sin
(
c
t
)
]
+
y
0
cos
(
c
t
)
+
y
˙
0
c
sin
(
c
t
)
}
Y
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)=\left\lbrace {\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{c-\omega ^{2}}}\,\left[\sin(\omega \;t)-{\dfrac {\omega }{\sqrt {c}}}\;\sin({\sqrt {c}}\;t)\right]+y_{0}\;\cos({\sqrt {c}}\;t)+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\sqrt {c}}}\;\sin({\sqrt {c}}\;t)\right\rbrace Y(t)\;}
»[ 127] ou Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
≠
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{\neq \omega ^{2}}\;}
», «
y
(
t
)
=
{
y
0
cos
(
c
t
)
+
[
y
˙
0
c
−
E
2
c
−
ω
2
ω
c
]
sin
(
c
t
)
+
E
2
c
−
ω
2
sin
(
ω
t
)
}
Y
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)=\left\lbrace y_{0}\,\cos({\sqrt {c}}\;t)+\left[{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\sqrt {c}}}-{\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{c-\omega ^{2}}}\;{\dfrac {\omega }{\sqrt {c}}}\right]\sin({\sqrt {c}}\;t)+{\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{c-\omega ^{2}}}\;\sin(\omega \,t)\right\rbrace Y(t)\;}
» et Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \succ \;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;c>0\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;=\omega ^{2}\;}
», «
Y
_
(
p
)
=
E
2
ω
(
p
2
+
ω
2
)
2
+
p
p
2
+
ω
2
y
0
+
ω
p
2
+
ω
2
y
˙
0
ω
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)=E\;{\sqrt {2}}\;{\dfrac {\omega }{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}+{\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\;y_{0}+{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\omega }}\;}
»[ 157] , [ 162] dont on tire, en reconnaissant des originales de Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», transformées
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérales
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] classiques à l'« exception du 1er terme du 2nd membre
∝
{\displaystyle \;\propto \;}
à
ω
(
p
2
+
ω
2
)
2
{\displaystyle \;{\dfrac {\omega }{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}\;}
», Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», «
y
(
t
)
=
E
2
L
−
1
{
ω
(
p
2
+
ω
2
)
2
}
+
{
y
0
cos
(
ω
t
)
+
y
˙
0
ω
sin
(
ω
t
)
}
Y
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)=E\;{\sqrt {2}}\;{\mathcal {L}}^{-1}\!\!\left\lbrace {\dfrac {\omega }{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}\right\rbrace +\left\lbrace y_{0}\;\cos(\omega \;t)+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\omega }}\;\sin(\omega \;t)\right\rbrace Y(t)\;}
»[ 127] ; Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», pour déterminer l'originale de
B
(
p
)
=
ω
(
p
2
+
ω
2
)
2
{\displaystyle \;B(p)={\dfrac {\omega }{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}\;}
c'est-à-dire «
L
−
1
{
B
(
p
)
}
=
L
−
1
{
ω
(
p
2
+
ω
2
)
2
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}^{-1}\!\!\left\lbrace B(p)\right\rbrace ={\mathcal {L}}^{-1}\!\!\left\lbrace {\dfrac {\omega }{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}\right\rbrace \;}
» remarquons que Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», pour déterminer l'originale
d
[
p
p
2
+
ω
2
]
d
p
=
(
p
2
+
ω
2
)
−
p
2
p
(
p
2
+
ω
2
)
2
=
ω
2
−
p
2
(
p
2
+
ω
2
)
2
=
−
ω
2
+
p
2
(
p
2
+
ω
2
)
2
+
2
ω
2
(
p
2
+
ω
2
)
2
{\displaystyle \;{\dfrac {d\left[{\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\right]}{dp}}={\dfrac {\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)-p\;2\;p}{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}={\dfrac {\omega ^{2}-p^{2}}{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}=-{\dfrac {\omega ^{2}+p^{2}}{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}+{\dfrac {2\;\omega ^{2}}{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}}
Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», pour déterminer l'originale
d
[
p
2
+
ω
2
]
{\displaystyle \;\color {transparent}{d\left[p^{2}+\omega ^{2}\right]}}
=
−
1
p
2
+
ω
2
+
2
ω
2
(
p
2
+
ω
2
)
2
{\displaystyle =-{\dfrac {1}{p^{2}+\omega ^{2}}}+{\dfrac {2\;\omega ^{2}}{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}\;}
dont nous tirons Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», pour déterminer l'originale de «
B
(
p
)
=
ω
(
p
2
+
ω
2
)
2
=
1
2
ω
d
[
p
p
2
+
ω
2
]
d
p
+
1
2
ω
2
ω
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;B(p)={\dfrac {\omega }{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}={\dfrac {1}{2\;\omega }}\;{\dfrac {d\left[{\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\right]}{dp}}+{\dfrac {1}{2\;\omega ^{2}}}\;{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}\;}
» puis utilisons Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», pour déterminer l'originale de
{
L
[
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
]
=
p
p
2
+
ω
2
d
L
[
f
(
t
)
]
d
p
=
−
L
[
t
f
(
t
)
]
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{c c c}{\mathcal {L}}\!\left[\cos(\omega \,t)\;Y(t)\right]\!\!&=&\!\!{\dfrac {p}{p^{2}+\omega ^{2}}}\\{\dfrac {d{\mathcal {L}}\!\left[f(t)\right]}{dp}}\!\!&=&\!\!-{\mathcal {L}}\!\left[t\;f(t)\right]\end{array}}\right\rbrace \;}
[ 127] , [ 163] pour en déduire Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», pour déterminer l'originale de «
B
(
p
)
=
ω
(
p
2
+
ω
2
)
2
=
−
1
2
ω
L
{
t
cos
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
+
1
2
ω
2
L
{
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
}
{\displaystyle \;B(p)={\dfrac {\omega }{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}=-{\dfrac {1}{2\;\omega }}\;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace t\;\cos(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace +{\dfrac {1}{2\;\omega ^{2}}}\;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \sin(\omega \,t)\;Y(t)\right\rbrace \;}
[ 127] Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», pour déterminer l'originale de«
B
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{B(p)}}
=
1
2
ω
2
L
{
[
sin
(
ω
t
)
−
ω
t
cos
(
ω
t
)
]
Y
(
t
)
}
{\displaystyle ={\dfrac {1}{2\;\omega ^{2}}}\;{\mathcal {L}}\!\left\lbrace \left[\sin(\omega \;t)-\omega \;t\;\cos(\omega \;t)\right]\,Y(t)\right\rbrace \;}
» d'où l'originale de
B
(
p
)
=
ω
(
p
2
+
ω
2
)
2
{\displaystyle \;B(p)={\dfrac {\omega }{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}\;}
: Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», pour déterminer l'originale de «
L
−
1
{
ω
(
p
2
+
ω
2
)
2
}
=
1
2
ω
2
[
sin
(
ω
t
)
−
ω
t
cos
(
ω
t
)
]
Y
(
t
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}^{-1}\!\left\lbrace {\dfrac {\omega }{\left(p^{2}+\omega ^{2}\right)^{2}}}\right\rbrace ={\dfrac {1}{2\;\omega ^{2}}}\,\left[\sin(\omega \;t)-\omega \;t\;\cos(\omega \;t)\right]\,Y(t)\;}
» ; finalement la solution est Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», «
y
(
t
)
=
{
E
2
2
ω
2
[
sin
(
ω
t
)
−
ω
t
cos
(
ω
t
)
]
+
y
0
cos
(
ω
t
)
+
y
˙
0
ω
sin
(
ω
t
)
}
Y
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)=\left\lbrace {\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{2\;\omega ^{2}}}\,\left[\sin(\omega \,t)-\omega \;t\;\cos(\omega \,t)\right]+y_{0}\;\cos(\omega \;t)+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\omega }}\;\sin(\omega \;t)\right\rbrace Y(t)\;}
» ou Il reste alors à chercher l'« originale
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« pour
c
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», «
y
(
t
)
=
{
y
0
cos
(
ω
t
)
+
[
y
˙
0
ω
+
E
2
ω
2
]
sin
(
ω
t
)
−
E
2
ω
t
cos
(
ω
t
)
}
Y
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)=\left\lbrace y_{0}\,\cos(\omega \;t)+\left[{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\omega }}+{\dfrac {E}{{\sqrt {2}}\;\omega ^{2}}}\right]\sin(\omega \;t)-{\dfrac {E}{{\sqrt {2}}\;\omega }}\;t\;\cos(\omega \,t)\right\rbrace Y(t)\;}
».
Rappel : D'après la note « 159 » plus haut dans ce chapitre, pour que
p
2
+
c
{\displaystyle \;p^{2}+c\;}
reste
≠
0
{\displaystyle \;\neq 0\;}
avec
c
<
0
{\displaystyle \;c<0}
, il faut restreindre le domaine de
p
{\displaystyle \;p\;}
à
ℜ
(
p
)
>
−
c
{\displaystyle \;\Re (p)>{\sqrt {-c}}\;}
et dans ce cas Rappel : D'après la note « 159 » plus haut dans ce chapitre, pour que
p
2
+
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{p^{2}+c}\;}
reste
≠
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{\neq 0}\;}
avec
c
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c<0}}
, «
Y
_
(
p
)
=
E
2
ω
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
2
+
c
)
+
p
p
2
+
c
y
0
+
1
p
2
+
c
y
˙
0
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)=E\;{\sqrt {2}}\;{\dfrac {\omega }{(p^{2}+\omega ^{2})\;(p^{2}+c)}}+{\dfrac {p}{p^{2}+c}}\;y_{0}+{\dfrac {1}{p^{2}+c}}\;{\dot {y}}_{0}\;}
[ 157] pour
ℜ
(
p
)
>
−
c
{\displaystyle \;\Re (p)>{\sqrt {-c}}\;}
».
«
c
{\displaystyle \;c\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;<0\;}
»,
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
les « pôles de la fonction rationnelle
A
′
(
p
)
=
1
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
2
+
c
)
=
1
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
+
−
c
)
(
p
−
−
c
)
{\displaystyle \;A'(p)={\dfrac {1}{(p^{2}+\omega ^{2})\;(p^{2}+c)}}={\dfrac {1}{(p^{2}+\omega ^{2})\;(p+{\sqrt {-c}})\;(p-{\sqrt {-c}})}}\;}
sont complexes conjugués d'une part et «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
les « pôles de la fonction rationnelle
A
′
(
p
)
=
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
2
+
c
)
=
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
+
−
c
)
(
p
−
−
c
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{A'(p)=(p^{2}+\omega ^{2})\;(p^{2}+c)=(p^{2}+\omega ^{2})\;(p+{\sqrt {-c}})\;(p-{\sqrt {-c}})}\;}
sont réels simples opposés d'autre part » «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition en éléments irréductibles simples est «
A
′
(
p
)
=
1
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
+
−
c
)
(
p
−
−
c
)
=
ρ
1
p
+
ρ
′
1
p
2
+
ω
2
+
ρ
2
p
+
−
c
+
ρ
3
p
−
−
c
{\displaystyle \;A'(p)={\dfrac {1}{(p^{2}+\omega ^{2})\;(p+{\sqrt {-c}})\;(p-{\sqrt {-c}})}}={\dfrac {\rho _{1}\,p+{\rho '}_{1}}{p^{2}+\omega ^{2}}}+{\dfrac {\rho _{2}}{p+{\sqrt {-c}}}}+{\dfrac {\rho _{3}}{p-{\sqrt {-c}}}}\;}
» dans lequel on détermine «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
(
ρ
1
,
ρ
′
1
)
{\displaystyle \;\left(\rho _{1}\,,\,{\rho '}_{1}\right)\;}
» en multipliant chaque membre par
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;p^{2}+\omega ^{2}}
, puis en y faisant
p
=
±
i
ω
{\displaystyle \;p=\pm i\;\omega \;}
[ 104] soit
1
c
−
ω
2
=
{
ρ
1
i
ω
+
ρ
′
1
pour
p
=
i
ω
−
ρ
1
i
ω
+
ρ
′
1
pour
p
=
−
i
ω
}
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{c-\omega ^{2}}}=\left\lbrace {\begin{array}{c}\rho _{1}\,i\,\omega +{\rho '}_{1}\;{\text{pour}}\;p=i\,\omega \\-\rho _{1}\,i\,\omega +{\rho '}_{1}\;{\text{pour}}\;p=-i\,\omega \end{array}}\right\rbrace \;}
«
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
(
ρ
1
,
ρ
′
1
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{\left(\rho _{1}\,,\,{\rho '}_{1}\right)}\;}
» en multipliant chaque membre par
p
2
+
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{p^{2}+\omega ^{2}}\;}
puis en y faisant
p
=
±
i
ω
{\displaystyle \;\color {transparent}{p=\pm i\;\omega }\;}
d'où «
ρ
1
=
0
{\displaystyle \;\rho _{1}=0\;}
et
ρ
′
1
=
−
1
ω
2
−
c
{\displaystyle \;{\rho '}_{1}=-{\dfrac {1}{\omega ^{2}-c}}\;}
», «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
ρ
2
{\displaystyle \;\rho _{2}\;}
» en multipliant les membres par
p
+
−
c
{\displaystyle \;p+{\sqrt {-c}}}
, puis en y faisant
p
=
−
−
c
{\displaystyle \;p=-\;{\sqrt {-c}}\;}
soit
1
(
−
c
+
ω
2
)
(
−
2
−
c
)
=
ρ
2
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{(-c+\omega ^{2})\,(-2\;{\sqrt {-c}})}}=\rho _{2}\;}
d'où «
ρ
2
=
−
1
2
(
ω
2
−
c
)
−
c
)
{\displaystyle \;\rho _{2}=-{\dfrac {1}{2\;(\omega ^{2}-c)\;{\sqrt {-c}})}}\;}
» et «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
ρ
3
{\displaystyle \;\rho _{3}\;}
» en multipliant les membres par
p
−
−
c
{\displaystyle \;p-{\sqrt {-c}}}
, puis en y faisant
p
=
−
c
{\displaystyle \;p=\;{\sqrt {-c}}\;}
soit
1
(
−
c
+
ω
2
)
(
2
−
c
)
=
ρ
3
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{(-c+\omega ^{2})\,(2\;{\sqrt {-c}})}}=\rho _{3}\;}
d'où «
ρ
3
=
1
2
(
ω
2
−
c
)
−
c
)
{\displaystyle \;\rho _{3}={\dfrac {1}{2\;(\omega ^{2}-c)\;{\sqrt {-c}})}}\;}
» «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \bullet \;}
soit finalement «
A
′
(
p
)
=
1
(
p
2
+
ω
2
)
(
p
2
+
c
)
=
1
ω
2
−
c
{
−
1
p
2
+
ω
2
+
1
2
−
c
[
1
p
−
−
c
−
1
p
+
−
c
]
}
{\displaystyle \;A'(p)={\dfrac {1}{(p^{2}+\omega ^{2})\;(p^{2}+c)}}={\dfrac {1}{\omega ^{2}-c}}\,\left\lbrace -{\dfrac {1}{p^{2}+\omega ^{2}}}+{\dfrac {1}{2\;{\sqrt {-c}}}}\,\left[{\dfrac {1}{p-{\sqrt {-c}}}}-{\dfrac {1}{p+{\sqrt {-c}}}}\right]\right\rbrace \;}
» ;
«
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
les « pôles de la fonction rationnelle
B
′
(
p
)
=
p
p
2
+
c
=
p
(
p
+
−
c
)
(
p
−
−
c
)
{\displaystyle \;B'(p)={\dfrac {p}{p^{2}+c}}={\dfrac {p}{(p+{\sqrt {-c}})\;(p-{\sqrt {-c}})}}\;}
sont réels simples opposés » «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition en éléments irréductibles simples s'écrit est «
B
′
(
p
)
=
p
(
p
+
−
c
)
(
p
−
−
c
)
=
ζ
1
p
+
−
c
+
ζ
2
p
−
−
c
{\displaystyle \;B'(p)={\dfrac {p}{(p+{\sqrt {-c}})\;(p-{\sqrt {-c}})}}={\dfrac {\zeta _{1}}{p+{\sqrt {-c}}}}+{\dfrac {\zeta _{2}}{p-{\sqrt {-c}}}}\;}
» dans lequel on détermine «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
ζ
1
{\displaystyle \;\zeta _{1}\;}
» en multipliant les membres par
p
+
−
c
{\displaystyle \;p+{\sqrt {-c}}}
, puis en y faisant
p
=
−
−
c
{\displaystyle \;p=-\;{\sqrt {-c}}\;}
[ 104] soit
−
−
c
−
2
−
c
=
ζ
1
{\displaystyle \;{\dfrac {-\;{\sqrt {-c}}}{-2\;{\sqrt {-c}}}}=\zeta _{1}\;}
d'où «
ζ
1
=
1
2
{\displaystyle \;\zeta _{1}={\dfrac {1}{2}}\;}
» et «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
ζ
2
{\displaystyle \;\zeta _{2}\;}
» en multipliant les membres par
p
−
−
c
{\displaystyle \;p-{\sqrt {-c}}}
, puis en y faisant
p
=
−
c
{\displaystyle \;p=\;{\sqrt {-c}}\;}
[ 104] soit
−
c
2
−
c
)
=
ζ
2
{\displaystyle \;{\dfrac {\sqrt {-c}}{2\;{\sqrt {-c}})}}=\zeta _{2}\;}
d'où «
ζ
2
=
1
2
{\displaystyle \;\zeta _{2}={\dfrac {1}{2}}\;}
» «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \bullet \;}
soit finalement «
B
′
(
p
)
=
p
p
2
+
c
=
1
2
[
1
p
+
−
c
+
1
p
−
−
c
]
{\displaystyle \;B'(p)={\dfrac {p}{p^{2}+c}}={\dfrac {1}{2}}\,\left[{\dfrac {1}{p+{\sqrt {-c}}}}+{\dfrac {1}{p-{\sqrt {-c}}}}\right]\;}
» ;
«
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
les « pôles de la fonction rationnelle
C
′
(
p
)
=
1
p
2
+
c
=
1
(
p
+
−
c
)
(
p
−
−
c
)
{\displaystyle \;C'(p)={\dfrac {1}{p^{2}+c}}={\dfrac {1}{(p+{\sqrt {-c}})\;(p-{\sqrt {-c}})}}\;}
sont réels simples opposés » «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition en éléments irréductibles simples est «
C
′
(
p
)
=
1
(
p
+
−
c
)
(
p
−
−
c
)
=
ζ
3
p
+
−
c
+
ζ
4
p
−
−
c
{\displaystyle \;C'(p)={\dfrac {1}{(p+{\sqrt {-c}})\;(p-{\sqrt {-c}})}}={\dfrac {\zeta _{3}}{p+{\sqrt {-c}}}}+{\dfrac {\zeta _{4}}{p-{\sqrt {-c}}}}\;}
» dans lequel on détermine «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
ζ
3
{\displaystyle \;\zeta _{3}\;}
» en multipliant les membres par
p
+
−
c
{\displaystyle \;p+{\sqrt {-c}}}
, puis en y faisant
p
=
−
−
c
{\displaystyle \;p=-\;{\sqrt {-c}}\;}
[ 104] soit
1
−
2
−
c
=
ζ
3
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{-2\;{\sqrt {-c}}}}=\zeta _{3}\;}
d'où «
ζ
3
=
−
1
2
−
c
{\displaystyle \;\zeta _{3}=-{\dfrac {1}{2\;{\sqrt {-c}}}}\;}
» et «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
ζ
4
{\displaystyle \;\zeta _{4}\;}
» en multipliant les membres par
p
−
−
c
{\displaystyle \;p-{\sqrt {-c}}}
, puis en y faisant
p
=
−
c
{\displaystyle \;p=\;{\sqrt {-c}}\;}
[ 104] soit
1
2
−
c
=
ζ
4
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{2\;{\sqrt {-c}}}}=\zeta _{4}\;}
d'où «
ζ
4
=
1
2
−
c
{\displaystyle \;\zeta _{4}={\dfrac {1}{2\;{\sqrt {-c}}}}\;}
» «
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \color {transparent}{\blacktriangleright }\;}
sa décomposition
∙
{\displaystyle \bullet \;}
soit finalement «
C
′
(
p
)
=
1
p
2
+
c
=
1
2
−
c
[
1
p
−
−
c
−
1
p
+
−
c
]
{\displaystyle \;C'(p)={\dfrac {1}{p^{2}+c}}={\dfrac {1}{2\;{\sqrt {-c}}}}\,\left[{\dfrac {1}{p-{\sqrt {-c}}}}-{\dfrac {1}{p+{\sqrt {-c}}}}\right]\;}
» ;
«
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
étant
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
»,
▸
{\displaystyle \blacktriangleright \;}
nous en déduisons la décomposition de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérlae
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de la solution dans le cas où
c
{\displaystyle \;c\;}
est
<
0
{\displaystyle \;<0\;}
selon
«
Y
_
(
p
)
=
E
2
ω
2
−
c
{
−
ω
p
2
+
ω
2
+
ω
2
−
c
[
1
p
−
−
c
−
1
p
+
−
c
]
}
+
y
0
2
[
1
p
+
−
c
+
1
p
−
−
c
]
+
y
˙
0
2
−
c
[
1
p
−
−
c
−
1
p
+
−
c
]
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)={\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{\omega ^{2}-c}}\,\left\lbrace -{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}+{\dfrac {\omega }{2\;{\sqrt {-c}}}}\,\left[{\dfrac {1}{p-{\sqrt {-c}}}}-{\dfrac {1}{p+{\sqrt {-c}}}}\right]\right\rbrace +{\dfrac {y_{0}}{2}}\,\left[{\dfrac {1}{p+{\sqrt {-c}}}}+{\dfrac {1}{p-{\sqrt {-c}}}}\right]+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{2\;{\sqrt {-c}}}}\,\left[{\dfrac {1}{p-{\sqrt {-c}}}}-{\dfrac {1}{p+{\sqrt {-c}}}}\right]\;}
[ 157] pour
ℜ
(
p
)
>
−
c
{\displaystyle \;\Re (p)>{\sqrt {-c}}\;}
» ou, après regroupement de termes semblables, «
Y
_
(
p
)
=
−
E
2
ω
2
−
c
ω
p
2
+
ω
2
+
[
E
ω
(
ω
2
−
c
)
−
2
c
+
y
˙
0
+
y
0
−
c
2
−
c
]
1
p
−
−
c
−
[
E
ω
(
ω
2
−
c
)
−
2
c
+
y
˙
0
−
y
0
−
c
2
−
c
]
1
p
+
−
c
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)=-{\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{\omega ^{2}-c}}\;{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}+\left[{\dfrac {E\;\omega }{(\omega ^{2}-c)\,{\sqrt {-2\;c}}}}+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}+y_{0}\;{\sqrt {-c}}}{2\;{\sqrt {-c}}}}\right]\,{\dfrac {1}{p-{\sqrt {-c}}}}-\left[{\dfrac {E\;\omega }{(\omega ^{2}-c)\,{\sqrt {-2\;c}}}}+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}-y_{0}\;{\sqrt {-c}}}{2\;{\sqrt {-c}}}}\right]\,{\dfrac {1}{p+{\sqrt {-c}}}}\;}
[ 157] pour
ℜ
(
p
)
>
−
c
{\displaystyle \;\Re (p)>{\sqrt {-c}}\;}
».
Il reste alors à chercher l'« originale de la transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1]
Y
_
(
p
)
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)\;}
[ 157] avec
c
<
0
{\displaystyle \;c<0}
, pour
ℜ
(
p
)
>
−
c
{\displaystyle \;\Re (p)>{\sqrt {-c}}}
, cette dernière étant somme de trois termes indépendants Il reste alors à chercher l'« originale de
Y
_
(
p
)
=
−
E
2
ω
2
−
c
ω
p
2
+
ω
2
+
[
E
ω
(
ω
2
−
c
)
−
2
c
+
y
˙
0
+
y
0
−
c
2
−
c
]
1
p
−
−
c
−
[
E
ω
(
ω
2
−
c
)
−
2
c
+
y
˙
0
−
y
0
−
c
2
−
c
]
1
p
+
−
c
{\displaystyle {\underline {Y}}(p)=-{\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{\omega ^{2}-c}}\;{\dfrac {\omega }{p^{2}+\omega ^{2}}}+\left[{\dfrac {E\;\omega }{(\omega ^{2}-c)\,{\sqrt {-2\;c}}}}+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}+y_{0}\;{\sqrt {-c}}}{2\;{\sqrt {-c}}}}\right]\,{\dfrac {1}{p-{\sqrt {-c}}}}-\left[{\dfrac {E\;\omega }{(\omega ^{2}-c)\,{\sqrt {-2\;c}}}}+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}-y_{0}\;{\sqrt {-c}}}{2\;{\sqrt {-c}}}}\right]\,{\dfrac {1}{p+{\sqrt {-c}}}}\;}
[ 157] » Il reste alors à chercher l'« originale de la transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace
Y
_
(
p
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{{\underline {Y}}(p)}\;}
avec
c
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{c<0}}
, en reconnaissant des originales de transformées
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérales
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] classiques
d'où «
y
(
t
)
=
{
−
E
2
ω
2
−
c
sin
(
ω
t
)
+
[
E
ω
(
ω
2
−
c
)
−
2
c
+
y
˙
0
+
y
0
−
c
2
−
c
]
exp
(
−
c
t
)
−
[
E
ω
(
ω
2
−
c
)
−
2
c
+
y
˙
0
−
y
0
−
c
2
−
c
]
exp
(
−
−
c
t
)
}
Y
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)=\left\lbrace -{\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{\omega ^{2}-c}}\;\sin(\omega \;t)+\left[{\dfrac {E\;\omega }{(\omega ^{2}-c)\,{\sqrt {-2\;c}}}}+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}+y_{0}\;{\sqrt {-c}}}{2\;{\sqrt {-c}}}}\right]\,\exp \!\left({\sqrt {-c}}\,t\right)-\left[{\dfrac {E\;\omega }{(\omega ^{2}-c)\,{\sqrt {-2\;c}}}}+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}-y_{0}\;{\sqrt {-c}}}{2\;{\sqrt {-c}}}}\right]\,\exp \!\left(-{\sqrt {-c}}\,t\right)\right\rbrace \;Y(t)\;}
»[ 127] , [ 106] .
Nous rappelons que la méthode de résolution d'une équation différentielle linéaire à cœfficients réels constants homogène ou hétérogène Nous rappelons que la méthode de résolution par transformation
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] est un complément de P.C.S.I. pour le domaine de la physique[ 164] et Nous rappelons que seule la méthode de résolution par solutions libre et forcée suivie de l'utilisation des C.I[ 154] . peut être utilisée dans le domaine de la physique ;
nous allons donc vérifier, dans l'exemple de «
y
¨
(
t
)
+
c
y
(
t
)
=
e
(
t
)
=
E
2
sin
(
ω
t
)
Y
(
t
)
{\displaystyle \;{\ddot {y}}(t)+c\;y(t)=e(t)=E\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;Y(t)\;}
avec
c
∈
R
∗
{\displaystyle \;c\in \mathbb {R} ^{*}\;}
ainsi que
(
E
,
ω
)
∈
R
+
∗
2
{\displaystyle \;\left(E\,,\,\omega \right)\in {\mathbb {R} ^{+\;*}}^{2}\;}
»[ 156] , nous allons donc vérifier, que nous trouvons le même résultat dans l'ensemble des fonctions réelles « causales »[ 4] , [ 9] avec les « C.I[ 154] .
y
(
0
+
)
=
y
0
{\displaystyle \;y(0^{+})=y_{0}\;}
et
y
˙
(
0
+
)
=
y
˙
0
{\displaystyle \;{\dot {y}}(0^{+})={\dot {y}}_{0}\;}
» nous allons donc vérifier, en reprenant la résolution par méthode classique de recherche des solutions libre et forcée suivie de l'utilisation des C.I[ 154] .
Soit à résoudre «
y
l
¨
(
t
)
+
c
y
l
(
t
)
=
0
{\displaystyle \;{\ddot {y_{l}}}(t)+c\;y_{l}(t)=0\;}
» d'équation caractéristique[ 165] «
s
2
+
c
=
0
{\displaystyle \;s^{2}+c=0\;}
»[ 166] de racines différentes suivant le signe de
c
{\displaystyle \;c}
:
« si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}
», l'équation caractéristique[ 165] a « deux racines imaginaires distinctes
s
±
_
=
±
i
c
{\displaystyle \;{\underline {s_{\pm }}}=\pm i\,{\sqrt {c}}\;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
la solution libre «
y
l
(
t
)
=
A
cos
(
c
t
+
φ
)
{\displaystyle \;y_{l}(t)=A\,\cos({\sqrt {c}}\;t+\varphi )\;}
avec
(
A
,
φ
)
∈
R
2
{\displaystyle \;\left(A\,,\,\varphi \right)\in \mathbb {R} ^{2}\;}
»[ 167] et
« si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
<
0
{\displaystyle \;<0\;}
», elle a « deux racines réelles distinctes
s
±
=
±
−
c
{\displaystyle \;s_{\pm }=\pm {\sqrt {-c}}\;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
la solution libre «
y
l
(
t
)
=
A
+
exp
(
−
c
t
)
+
A
−
exp
(
−
−
c
t
)
{\displaystyle \;y_{l}(t)=A_{+}\,\exp({\sqrt {-c}}\;t)+A_{-}\,\exp(-{\sqrt {-c}}\;t)\;}
avec
(
A
+
,
A
−
)
∈
R
2
{\displaystyle \;\left(A_{+}\,,\,A_{-}\right)\in \mathbb {R} ^{2}\;}
».
Soit à déterminer la « solution forcée
y
f
(
t
)
{\displaystyle \;y_{f}(t)\;}
solution particulière de
y
f
¨
(
t
)
+
c
y
f
(
t
)
=
E
2
sin
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;{\ddot {y_{f}}}(t)+c\;y_{f}(t)=E\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
de même forme[ 168] que l'excitation
e
(
t
)
=
E
2
sin
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;e(t)=E\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
» Soit à déterminer la « solution forcée c'est-à-dire sous forme générale «
y
f
(
t
)
=
Y
2
sin
(
ω
t
+
φ
y
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;y_{f}(t)=Y\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t+\varphi _{y})\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
»[ 169] , avec
(
Y
,
φ
y
)
∈
R
{\displaystyle \;\left(Y\,,\,\varphi _{y}\right)\in \mathbb {R} \;}
à déterminer, ou mieux, Soit à déterminer la « solution forcée
y
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{y_{f}(t)}\;}
sous forme particulière «
y
f
(
t
)
=
Y
2
sin
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;y_{f}(t)=Y\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
»
[
{\displaystyle {\big [}}
en raison de l'absence de terme du 1er ordre dans l'équation différentielle
]
{\displaystyle {\big ]}}
, Soit à déterminer la « solution forcée
y
f
(
t
)
{\displaystyle \;\color {transparent}{y_{f}(t)}\;}
sous forme particulière «
y
f
(
t
)
=
Y
2
sin
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{y_{f}(t)=Y\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0}\;}
» le choix de
φ
y
=
0
{\displaystyle \;\varphi _{y}=0\;}
étant validée par le résultat trouvé :
« si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}
», le report de
y
f
(
t
)
=
Y
2
sin
(
ω
t
)
{\displaystyle \;y_{f}(t)=Y\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;}
dans l'équation nous conduit à «
(
−
ω
2
+
c
)
Y
2
sin
(
ω
t
)
=
E
2
sin
(
ω
t
)
∀
t
>
0
{\displaystyle \;\left(-\omega ^{2}+c\right)\,Y\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)=E\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;\;\forall \;t>0\;}
» d'où la discussion suivante « si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
»,
≻
{\displaystyle \succ \;}
« si
c
≠
ω
2
{\displaystyle \;c\neq \omega ^{2}\;}
» on en déduit «
Y
=
E
c
−
ω
2
{\displaystyle \;Y={\dfrac {E}{c-\omega ^{2}}}\;}
» et par suite la solution forcée «
y
f
(
t
)
=
E
c
−
ω
2
2
sin
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;y_{f}(t)={\dfrac {E}{c-\omega ^{2}}}\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
» et « si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
»,
≻
{\displaystyle \succ \;}
« si
c
=
ω
2
{\displaystyle \;c=\omega ^{2}\;}
» on en déduit l'absence de solution forcée de même forme que l'excitation puisque cela conduirait à
Y
{\displaystyle \;Y\;}
infinie ; « si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
»,
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« si
c
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{c=\omega ^{2}}\;}
» on cherche alors une « solution particulière de la forme[ 170]
y
f
(
t
)
=
Y
′
2
t
sin
(
ω
t
+
φ
y
′
)
{\displaystyle \;y_{f}(t)=Y'\;{\sqrt {2}}\;t\;\sin(\omega \,t+\varphi _{y'})\;}
»[ 171]
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
« si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
»,
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« si
c
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{c=\omega ^{2}}\;}
» «
y
f
˙
(
t
)
=
Y
′
2
sin
(
ω
t
+
φ
y
′
)
+
ω
Y
′
2
t
cos
(
ω
t
+
φ
y
′
)
{\displaystyle \;{\dot {y_{f}}}(t)=Y'\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t+\varphi _{y'})+\omega \;Y'\;{\sqrt {2}}\;t\;\cos(\omega \,t+\varphi _{y'})\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
y
f
¨
(
t
)
=
2
ω
Y
′
2
cos
(
ω
t
+
φ
y
′
)
−
ω
2
Y
′
2
t
sin
(
ω
t
+
φ
y
′
)
{\displaystyle \;{\ddot {y_{f}}}(t)=2\;\omega \;Y'\;{\sqrt {2}}\;\cos(\omega \,t+\varphi _{y'})-\omega ^{2}\;Y'\;{\sqrt {2}}\;t\;\sin(\omega \,t+\varphi _{y'})\;}
» soit, « si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
»,
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« si
c
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{c=\omega ^{2}}\;}
» en reportant dans l'équation différentielle et en tenant compte de «
c
=
ω
2
{\displaystyle \;c=\omega ^{2}\;}
», l'équation en
(
Y
′
,
φ
y
′
)
{\displaystyle \;\left(Y'\,,\,\varphi _{y'}\right)\;}
simplifiée suivante « si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
»,
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« si
c
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{c=\omega ^{2}}\;}
» «
2
ω
Y
′
2
cos
(
ω
t
+
φ
y
′
)
−
ω
2
Y
′
2
t
sin
(
ω
t
+
φ
y
′
)
+
c
Y
′
2
t
sin
(
ω
t
+
φ
y
′
)
=
E
2
sin
(
ω
t
)
∀
t
>
0
{\displaystyle \;2\;\omega \;Y'\;{\sqrt {2}}\;\cos(\omega \,t+\varphi _{y'})\;{\cancel {-\;\omega ^{2}\;Y'\;{\sqrt {2}}\;t\;\sin(\omega \,t+\varphi _{y'})+c\;Y'\;{\sqrt {2}}\;t\;\sin(\omega \,t+\varphi _{y'})}}\;=E\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;\;\forall \;t>0\;}
» d'où « si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
»,
≻
{\displaystyle \color {transparent}{\succ }\;}
« si
c
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{c=\omega ^{2}}\;}
» «
φ
y
′
=
−
π
2
{\displaystyle \;\varphi _{y'}=-{\dfrac {\pi }{2}}\;}
»[ 172] et «
Y
′
=
E
2
ω
=
E
2
c
{\displaystyle \;Y'={\dfrac {E}{2\,\omega }}={\dfrac {E}{2\,{\sqrt {c}}}}\;}
» et par suite «
y
f
(
t
)
=
{\displaystyle \;y_{f}(t)=}
E
2
ω
2
t
sin
(
ω
t
−
π
2
)
=
−
E
2
ω
2
t
cos
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle {\dfrac {E}{2\,\omega }}\;{\sqrt {2}}\;t\;\sin \!\left(\omega \,t-{\dfrac {\pi }{2}}\right)=-{\dfrac {E}{2\,\omega }}\;{\sqrt {2}}\;t\;\cos(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
»[ 173] ;
« si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
<
0
{\displaystyle \;<0\;}
», le report de
y
f
(
t
)
=
Y
2
sin
(
ω
t
)
{\displaystyle \;y_{f}(t)=Y\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;}
dans l'équation nous conduit à «
(
−
ω
2
+
c
)
Y
2
sin
(
ω
t
)
=
E
2
sin
(
ω
t
)
∀
t
>
0
{\displaystyle \;\left(-\omega ^{2}+c\right)\,Y\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)=E\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;\;\forall \;t>0\;}
»
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
Y
=
−
E
ω
2
−
c
{\displaystyle \;Y=-{\dfrac {E}{\omega ^{2}-c}}\;}
» d'où « si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
», «
y
f
(
t
)
=
{\displaystyle \;y_{f}(t)=}
−
E
2
ω
2
−
c
sin
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle -{\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{\omega ^{2}-c}}\;\sin(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
».
La solution complète avant utilisation des C.I[ 154] . s'obtient par «
y
(
t
)
=
y
l
(
t
)
+
y
f
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)=y_{l}(t)+y_{f}(t)\;}
avec
y
l
(
t
)
{\displaystyle \;y_{l}(t)\;}
solution libre[ 174] et
y
f
(
t
)
{\displaystyle \;y_{f}(t)\;}
solution forcée[ 175] .
« Si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}
en étant
≠
ω
2
{\displaystyle \;\neq \omega ^{2}\;}
», «
y
(
t
)
=
y
l
(
t
)
+
y
f
(
t
)
=
A
cos
(
c
t
+
φ
)
+
E
c
−
ω
2
2
sin
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;y(t)=y_{l}(t)+y_{f}(t)=A\,\cos({\sqrt {c}}\;t+\varphi )+{\dfrac {E}{c-\omega ^{2}}}\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
», avec
(
A
,
φ
)
∈
R
2
{\displaystyle \;\left(A\,,\,\varphi \right)\in \mathbb {R} ^{2}\;}
à déterminer par C.I[ 154] . ;
« si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;=\omega ^{2}\;}
», «
y
(
t
)
=
y
l
(
t
)
+
y
f
(
t
)
=
A
cos
(
ω
t
+
φ
)
−
E
2
ω
2
t
cos
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;y(t)=y_{l}(t)+y_{f}(t)=A\,\cos(\omega \;t+\varphi )-{\dfrac {E}{2\,\omega }}\;{\sqrt {2}}\;t\;\cos(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
»[ 176] , avec
(
A
,
φ
)
∈
R
2
{\displaystyle \;\left(A\,,\,\varphi \right)\in \mathbb {R} ^{2}\;}
à déterminer par C.I[ 154] . ;
« si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
<
0
{\displaystyle \;<0\;}
», «
y
(
t
)
=
y
l
(
t
)
+
y
f
(
t
)
=
A
+
exp
(
−
c
t
)
+
A
−
exp
(
−
−
c
t
)
−
E
ω
2
−
c
2
sin
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;y(t)=y_{l}(t)+y_{f}(t)=A_{+}\,\exp({\sqrt {-c}}\;t)+A_{-}\,\exp(-{\sqrt {-c}}\;t)-{\dfrac {E}{\omega ^{2}-c}}\;{\sqrt {2}}\;\sin(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
», avec
(
A
+
,
A
−
)
{\displaystyle \;\left(A_{+}\,,\,A_{-}\right)}
∈
R
2
{\displaystyle \in \mathbb {R} ^{2}\;}
à déterminer par C.I[ 154] .
Il faut donc écrire dans les expressions précédentes «
{
y
(
0
+
)
=
y
0
y
˙
(
0
+
)
=
y
˙
0
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{c}y(0^{+})=y_{0}\\{\dot {y}}(0^{+})={\dot {y}}_{0}\end{array}}\right\rbrace \;}
» soit :
« si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}
en étant
≠
ω
2
{\displaystyle \;\neq \omega ^{2}\;}
», «
{
y
(
0
+
)
=
A
cos
(
φ
)
=
y
0
y
˙
(
0
+
)
=
−
A
c
sin
(
φ
)
+
E
c
−
ω
2
2
ω
=
y
˙
0
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{l}y(0^{+})=A\,\cos(\varphi )\qquad \qquad \qquad \qquad \quad =y_{0}\\{\dot {y}}(0^{+})=-A\,{\sqrt {c}}\,\sin(\varphi )+{\dfrac {E}{c-\omega ^{2}}}\;{\sqrt {2}}\;\omega ={\dot {y}}_{0}\end{array}}\right\rbrace \;}
» d'où «
{
A
cos
(
φ
)
=
y
0
A
sin
(
φ
)
=
E
c
−
ω
2
2
ω
c
−
y
˙
0
c
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{l}A\,\cos(\varphi )=y_{0}\\A\,\sin(\varphi )={\dfrac {E}{c-\omega ^{2}}}\;{\sqrt {2}}\;{\dfrac {\omega }{\sqrt {c}}}-{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\sqrt {c}}}\end{array}}\right\rbrace \;}
» soit, « si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
en étant
≠
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{\neq \omega ^{2}}\;}
», en utilisant
A
cos
(
c
t
+
φ
)
=
A
cos
(
φ
)
cos
(
c
t
)
−
A
sin
(
φ
)
sin
(
c
t
)
{\displaystyle \;A\,\cos({\sqrt {c}}\;t+\varphi )=A\,\cos(\varphi )\,\cos({\sqrt {c}}\;t)-A\,\sin(\varphi )\,\sin({\sqrt {c}}\;t)}
, la solution trouvée par transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
y
(
t
)
=
y
0
cos
(
c
t
)
+
[
y
˙
0
c
−
E
2
c
−
ω
2
ω
c
]
sin
(
c
t
)
+
E
2
c
−
ω
2
sin
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;y(t)=y_{0}\,\cos({\sqrt {c}}\;t)+\left[{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\sqrt {c}}}-{\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{c-\omega ^{2}}}\;{\dfrac {\omega }{\sqrt {c}}}\right]\sin({\sqrt {c}}\;t)+{\dfrac {E\;{\sqrt {2}}}{c-\omega ^{2}}}\;\sin(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
» ;
« si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;=\omega ^{2}\;}
», «
{
y
(
0
+
)
=
A
cos
(
φ
)
=
y
0
y
˙
(
0
+
)
=
−
A
ω
sin
(
φ
)
−
E
2
ω
2
=
y
˙
0
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{l}y(0^{+})=A\,\cos(\varphi )\qquad \qquad \quad \quad =y_{0}\\{\dot {y}}(0^{+})=-A\,\omega \,\sin(\varphi )-{\dfrac {E}{2\,\omega }}\;{\sqrt {2}}={\dot {y}}_{0}\end{array}}\right\rbrace \;}
» d'où «
{
A
cos
(
φ
)
=
y
0
A
sin
(
φ
)
=
−
E
2
ω
2
2
−
y
˙
0
ω
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{l}A\,\cos(\varphi )=y_{0}\\A\,\sin(\varphi )=-{\dfrac {E}{2\,\omega ^{2}}}\;{\sqrt {2}}-{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\omega }}\end{array}}\right\rbrace \;}
» soit, « si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}\;}
en étant
=
ω
2
{\displaystyle \;\color {transparent}{=\omega ^{2}}\;}
», en utilisant
A
cos
(
ω
t
+
φ
)
=
A
cos
(
φ
)
cos
(
ω
t
)
−
A
sin
(
φ
)
sin
(
ω
t
)
{\displaystyle \;A\,\cos(\omega \;t+\varphi )=A\,\cos(\varphi )\,\cos(\omega \;t)-A\,\sin(\varphi )\,\sin(\omega \;t)}
, la solution trouvée par transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
y
(
t
)
=
y
0
cos
(
ω
t
)
+
[
y
˙
0
ω
+
E
2
ω
2
]
sin
(
ω
t
)
−
E
2
ω
t
cos
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;y(t)=y_{0}\,\cos(\omega \;t)+\left[{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\omega }}+{\dfrac {E}{{\sqrt {2}}\;\omega ^{2}}}\right]\sin(\omega \;t)-{\dfrac {E}{{\sqrt {2}}\;\omega }}\;t\;\cos(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
» ;
« si
c
{\displaystyle \;c\;}
est
<
0
{\displaystyle \;<0\;}
», «
{
y
(
0
+
)
=
A
+
+
A
−
=
y
0
y
˙
(
0
+
)
=
A
+
−
c
−
A
−
−
c
−
E
ω
2
−
c
2
ω
=
y
˙
0
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{l}y(0^{+})=A_{+}+A_{-}\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \quad \;\;\,=y_{0}\\{\dot {y}}(0^{+})=A_{+}\,{\sqrt {-c}}-A_{-}\,{\sqrt {-c}}-{\dfrac {E}{\omega ^{2}-c}}\;{\sqrt {2}}\;\omega ={\dot {y}}_{0}\end{array}}\right\rbrace \;}
» d'où «
{
A
+
+
A
−
=
y
0
A
+
−
A
−
=
E
ω
2
−
c
2
ω
−
c
+
y
˙
0
−
c
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{l}A_{+}+A_{-}=y_{0}\\A_{+}-A_{-}={\dfrac {E}{\omega ^{2}-c}}\;{\sqrt {2}}\;{\dfrac {\omega }{\sqrt {-c}}}+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\sqrt {-c}}}\end{array}}\right\rbrace \;}
» dont on tire aisément les constantes cherchées « si
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{c}\;}
est
<
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{<0}\;}
», «
{
A
+
=
1
2
[
y
0
+
E
ω
2
−
c
2
ω
−
c
+
y
˙
0
−
c
]
A
−
=
1
2
[
y
0
−
E
ω
2
−
c
2
ω
−
c
−
y
˙
0
−
c
]
}
{\displaystyle \;\left\lbrace {\begin{array}{l}A_{+}={\dfrac {1}{2}}\left[y_{0}+{\dfrac {E}{\omega ^{2}-c}}\;{\sqrt {2}}\;{\dfrac {\omega }{\sqrt {-c}}}+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\sqrt {-c}}}\right]\\A_{-}={\dfrac {1}{2}}\left[y_{0}-{\dfrac {E}{\omega ^{2}-c}}\;{\sqrt {2}}\;{\dfrac {\omega }{\sqrt {-c}}}-{\dfrac {{\dot {y}}_{0}}{\sqrt {-c}}}\right]\end{array}}\right\rbrace \;}
» donnant effectivement la solution trouvée par transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] «
y
(
t
)
=
[
E
ω
(
ω
2
−
c
)
−
2
c
+
y
˙
0
+
y
0
−
c
2
−
c
]
exp
(
−
c
t
)
−
[
E
ω
(
ω
2
−
c
)
−
2
c
+
y
˙
0
−
y
0
−
c
2
−
c
]
exp
(
−
−
c
t
)
−
E
2
ω
2
−
c
sin
(
ω
t
)
pour
t
>
0
{\displaystyle \;y(t)=\left[{\dfrac {E\;\omega }{(\omega ^{2}-c)\;{\sqrt {-2\;c}}}}+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}+y_{0}\,{\sqrt {-c}}}{2\,{\sqrt {-c}}}}\right]\exp \!\left({\sqrt {-c}}\,t\right)-\left[{\dfrac {E\;\omega }{(\omega ^{2}-c)\;{\sqrt {-2\;c}}}}+{\dfrac {{\dot {y}}_{0}-y_{0}\,{\sqrt {-c}}}{2\,{\sqrt {-c}}}}\right]\exp \!\left(-{\sqrt {-c}}\,t\right)-{\dfrac {E\,{\sqrt {2}}}{\omega ^{2}-c}}\,\sin(\omega \,t)\;\;{\text{pour}}\;t>0\;}
».
Résolution exposée sur un 2ème exemple : équation différentielle linéaire à cœfficients réels constants du 2ème ordre en y(t) hétérogène à excitation constante discontinue de 2ème espèce[ modifier | modifier le wikicode ]
Soit à résoudre, dans le domaine des fonctions à support positif[ 14] , Soit à résoudre, l'équation différentielle linéaire à cœfficients réels constants du 2ème ordre en
y
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)\;}
hétérogène Soit à résoudre, l'équation différentielle linéaire à « excitation
e
(
t
)
=
E
Y
(
t
)
+
E
′
δ
(
t
)
{\displaystyle \;e(t)=E\;Y(t)+E'\;\delta (t)}
,
(
E
,
E
′
)
∈
R
∗
2
{\displaystyle \;\left(E\,,\,E'\right)\in {\mathbb {R} ^{*}}^{2}\;}
»[ 156] discontinue de 2ème espèce en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
[ 148] Soit à résoudre, l'équation différentielle linéaire avec les « C.I[ 154] .
y
(
0
−
)
=
0
{\displaystyle \;y(0^{-})=0\;}
et
y
˙
(
0
−
)
=
0
{\displaystyle \;{\dot {y}}(0^{-})=0\;}
»[ 177] , Soit à résoudre, l'équation différentielle linéaire à cœfficients réels constants du 2ème ordre en
y
(
t
)
{\displaystyle \;y(t)\;}
hétérogène à excitation constante discontinue de 2ème espèce en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
[ 148] s'écrivant
«
y
¨
(
t
)
+
b
y
˙
(
t
)
+
c
y
(
t
)
=
e
(
t
)
=
E
Y
(
t
)
+
E
′
δ
(
t
)
{\displaystyle \;{\ddot {y}}(t)+b\;{\dot {y}}(t)+c\;y(t)=e(t)=E\;Y(t)+E'\;\delta (t)\;}
»[ 178] avec «
(
b
,
c
)
∈
(
R
+
∗
)
2
{\displaystyle \;\left(b\,,\,c\right)\in \left(\mathbb {R} _{+}^{*}\right)^{2}\;}
»[ 82] , [ 156] ou, en notation de physique, posant «
c
=
ω
0
2
{\displaystyle \;c=\omega _{0}^{2}\;}
avec
ω
0
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\omega _{0}\in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82] et «
b
=
2
σ
ω
0
{\displaystyle \;b=2\;\sigma \;\omega _{0}\;}
avec
σ
∈
R
+
∗
{\displaystyle \;\sigma \in \mathbb {R} _{+}^{*}\;}
»[ 82] , «
y
¨
(
t
)
+
2
σ
ω
0
y
˙
(
t
)
+
ω
0
2
y
(
t
)
=
e
(
t
)
=
E
Y
(
t
)
+
E
′
δ
(
t
)
{\displaystyle \;{\ddot {y}}(t)+2\;\sigma \;\omega _{0}\;{\dot {y}}(t)+\omega _{0}^{2}\;y(t)=e(t)=E\;Y(t)+E'\;\delta (t)\;}
».
La « transformée
(
{\displaystyle \;{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle {\big )}\;}
de Laplace[ 1] de l'excitation
e
(
t
)
=
E
Y
(
t
)
+
E
′
δ
(
t
)
{\displaystyle \;e(t)=E\;Y(t)+E'\;\delta (t)\;}
» s'écrivant «
L
{
e
(
t
)
}
=
E
L
{
Y
(
t
)
}
+
E
′
L
{
δ
(
t
)
}
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace e(t)\right\rbrace =E\;{\mathcal {L}}\left\lbrace Y(t)\right\rbrace +E'\;{\mathcal {L}}\left\lbrace \delta (t)\right\rbrace \;}
[ 107]
=
E
p
+
E
′
{\displaystyle ={\dfrac {E}{p}}+E'\;}
[ 67] pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 179] , La « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de l'excitation nous obtenons, en utilisant le « rappel des propriétés utilisées » énoncé plus haut dans ce chapitre ainsi que La « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de l'excitation nous obtenons, en utilisant le caractère divergent en
t
=
0
{\displaystyle \;t=0\;}
de
y
¨
(
t
)
{\displaystyle \;{\ddot {y}}(t)\;}
[ 178] et La « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de l'excitation nous obtenons, en notant «
L
{
y
(
t
)
}
=
Y
_
(
p
)
{\displaystyle \;{\mathcal {L}}\left\lbrace y(t)\right\rbrace ={\underline {Y}}(p)\;}
[ 157] » pour simplifier l'écriture, La « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de l'excitation nous obtenons, «
[
p
2
Y
_
(
p
)
−
p
y
(
0
−
)
−
y
˙
(
0
−
)
]
+
b
[
p
Y
_
(
p
)
−
y
(
0
−
)
]
+
c
Y
_
(
p
)
=
E
p
+
E
′
{\displaystyle \;\left[p^{2}\;{\underline {Y}}(p){\cancel {-p\;y(0^{-})-{\dot {y}}(0^{-})}}\right]+b\,\left[p\;{\underline {Y}}(p){\cancel {-y(0^{-})}}\right]+c\;{\underline {Y}}(p)={\dfrac {E}{p}}+E'\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
»[ 157] , [ 180] soit La « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de l'excitation nous obtenons, «
p
2
Y
_
(
p
)
+
b
p
Y
_
(
p
)
+
c
Y
_
(
p
)
=
E
p
+
E
′
{\displaystyle \;p^{2}\;{\underline {Y}}(p)+b\;p\;{\underline {Y}}(p)+c\;{\underline {Y}}(p)={\dfrac {E}{p}}+E'\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
» ou, en notation de physique, La « transformée
(
{\displaystyle \;\color {transparent}{\big (}}
monolatérale
)
{\displaystyle \color {transparent}{\big )}\;}
de Laplace de l'excitation nous obtenons, «
p
2
Y
_
(
p
)
+
2
σ
ω
0
p
Y
_
(
p
)
+
ω
0
2
Y
_
(
p
)
=
E
p
+
E
′
{\displaystyle \;p^{2}\;{\underline {Y}}(p)+2\;\sigma \;\omega _{0}\;p\;{\underline {Y}}(p)+\omega _{0}^{2}\;{\underline {Y}}(p)={\dfrac {E}{p}}+E'\;}
pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
».
De l'équation précédente on tire aisément «
Y
_
(
p
)
=
E
p
(
p
2
+
b
p
+
c
)
+
E
′
p
2
+
b
p
+
c
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)={\dfrac {E}{p\;(p^{2}+b\,p+c)}}+{\dfrac {E'}{p^{2}+b\,p+c}}\;}
[ 157] pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
» à condition que «
p
2
+
b
p
+
c
{\displaystyle \;p^{2}+b\,p+c\;}
soit
≠
0
{\displaystyle \;\neq 0\;}
» ou, en notation de physique, De l'équation précédente on tire aisément «
Y
_
(
p
)
=
E
p
(
p
2
+
2
σ
ω
0
p
+
ω
0
2
)
+
E
′
p
2
+
2
σ
ω
0
p
+
ω
0
2
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)={\dfrac {E}{p\;(p^{2}+2\,\sigma \,\omega _{0}\,p+\omega _{0}^{2})}}+{\dfrac {E'}{p^{2}+2\,\sigma \,\omega _{0}\,p+\omega _{0}^{2}}}\;}
[ 157] pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
» à condition que «
p
2
+
2
σ
ω
0
p
+
ω
0
2
{\displaystyle \;p^{2}+2\,\sigma \,\omega _{0}\,p+\omega _{0}^{2}\;}
soit
≠
0
{\displaystyle \;\neq 0\;}
».
Il reste donc à déterminer l'« originale de
Y
_
(
p
)
{\displaystyle \;{\underline {Y}}(p)\;}
[ 157] sous
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
dans l'hypothèse
p
2
+
b
p
+
c
≠
0
{\displaystyle \;p^{2}+b\,p+c\neq 0\;}
»
[
{\displaystyle \;{\big [}}
nécessairement réalisée pour
ℜ
(
p
)
>
0
{\displaystyle \;\Re (p)>0\;}
[ 181]
]
{\displaystyle {\big ]}}
.
Décomposition de la 1ère fonction rationnelle en éléments irréductibles simples dans le cas où la grandeur b2 - 4 c est > 0[ modifier | modifier le wikicode ]
Si
b
2
−
4
c
{\displaystyle \;b^{2}-4\;c\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0}
, « le trinôme
p
2
+
b
p
+
c
{\displaystyle \;p^{2}+b\;p+c\;}
ayant deux racines réelles distinctes
q
(
±
)
=
−
b
±
b
2
−
4
c
2
{\displaystyle \;q_{(\pm )}={\dfrac {-b\pm {\sqrt {b^{2}-4\;c}}}{2}}\;}
», Si
b
2
−
4
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{b^{2}-4\;c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
, la décomposition de
A
(
p
)
=
1
p
(
p
2
+
b
p
+
c
)
=
1
p
(
p
−
q
(
+
)
)
(
p
−
q
(
−
)
)
{\displaystyle \;A(p)={\dfrac {1}{p\,(p^{2}+b\,p+c)}}={\dfrac {1}{p\;(p-q_{(+)})\;(p-q_{(-)})}}\;}
en éléments irréductibles simples s'écrit
A
(
p
)
=
ρ
1
p
+
ρ
(
+
)
p
−
q
(
+
)
+
ρ
(
−
)
p
−
q
(
−
)
{\displaystyle \;A(p)={\dfrac {\rho _{1}}{p}}+{\dfrac {\rho _{(+)}}{p-q_{(+)}}}+{\dfrac {\rho _{(-)}}{p-q_{(-)}}}\;}
dans lequel Si
b
2
−
4
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{b^{2}-4\;c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
, on détermine
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
ρ
1
{\displaystyle \;\rho _{1}\;}
» en multipliant chaque membre par
p
{\displaystyle \;p\;}
puis en y faisant
p
=
0
{\displaystyle \;p=0\;}
[ 104] soit
1
c
=
ρ
1
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{c}}=\rho _{1}\;}
d'où «
ρ
1
=
1
c
{\displaystyle \;\rho _{1}={\dfrac {1}{c}}\;}
», Si
b
2
−
4
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{b^{2}-4\;c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
, on détermine
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
ρ
(
+
)
{\displaystyle \;\rho _{(+)}\;}
» en multipliant chaque membre par
p
−
q
(
+
)
{\displaystyle \;p-q_{(+)}\;}
puis en y faisant
p
=
q
(
+
)
{\displaystyle \;p=q_{(+)}\;}
[ 104] soit
1
q
(
+
)
[
q
(
+
)
−
q
(
−
)
]
=
ρ
(
+
)
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{q_{(+)}\,[q_{(+)}-q_{(-)}]}}=\rho _{(+)}\;}
ou
1
q
(
+
)
b
2
−
4
c
=
ρ
(
+
)
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{q_{(+)}\;{\sqrt {b^{2}-4\;c}}}}=\rho _{(+)}\;}
[ 182] soit Si
b
2
−
4
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{b^{2}-4\;c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
, on détermine
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
ρ
(
+
)
=
1
b
2
−
4
c
1
q
(
+
)
{\displaystyle \;\rho _{(+)}={\dfrac {1}{\sqrt {b^{2}-4\;c}}}\;{\dfrac {1}{q_{(+)}}}\;}
» ou encore, avec
q
(
+
)
=
−
b
+
b
2
−
4
c
2
{\displaystyle \;q_{(+)}={\dfrac {-b+{\sqrt {b^{2}-4\;c}}}{2}}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
ρ
(
+
)
=
2
b
2
−
4
c
(
−
b
+
b
2
−
4
c
)
{\displaystyle \;\rho _{(+)}={\dfrac {2}{{\sqrt {b^{2}-4\;c}}\left(-b+{\sqrt {b^{2}-4\;c}}\right)}}\;}
» et Si
b
2
−
4
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{b^{2}-4\;c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
, on détermine
∙
{\displaystyle \bullet \;}
«
ρ
(
−
)
{\displaystyle \;\rho _{(-)}\;}
» en multipliant chaque membre par
p
−
q
(
−
)
{\displaystyle \;p-q_{(-)}\;}
puis en y faisant
p
=
q
(
−
)
{\displaystyle \;p=q_{(-)}\;}
[ 104] soit
1
q
(
−
)
[
q
(
−
)
−
q
(
+
)
]
=
ρ
(
−
)
{\displaystyle \;{\dfrac {1}{q_{(-)}\,[q_{(-)}-q_{(+)}]}}=\rho _{(-)}\;}
ou
−
1
q
(
−
)
b
2
−
4
c
=
ρ
(
−
)
{\displaystyle \;{\dfrac {-1}{q_{(-)}\;{\sqrt {b^{2}-4\;c}}}}=\rho _{(-)}\;}
[ 182] soit Si
b
2
−
4
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{b^{2}-4\;c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
, on détermine
∙
{\displaystyle \color {transparent}{\bullet }\;}
«
ρ
(
−
)
=
1
b
2
−
4
c
−
1
q
(
−
)
{\displaystyle \;\rho _{(-)}={\dfrac {1}{\sqrt {b^{2}-4\;c}}}\;{\dfrac {-1}{q_{(-)}}}\;}
» ou encore, avec
q
(
−
)
=
−
b
−
b
2
−
4
c
2
{\displaystyle \;q_{(-)}={\dfrac {-b-{\sqrt {b^{2}-4\;c}}}{2}}\;}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
«
ρ
(
−
)
=
2
b
2
−
4
c
(
b
+
b
2
−
4
c
)
{\displaystyle \;\rho _{(-)}={\dfrac {2}{{\sqrt {b^{2}-4\;c}}\left(b+{\sqrt {b^{2}-4\;c}}\right)}}}
» Si
b
2
−
4
c
{\displaystyle \;\color {transparent}{b^{2}-4\;c}\;}
est
>
0
{\displaystyle \;\color {transparent}{>0}}
, soit finalement la décomposition de
A
(
p
)
{\displaystyle \;A(p)\;}
en éléments irréductibles simples dans le cas où
b
2
−
4
c
{\displaystyle \;b^{2}-4\;c\;}
est
>
0
{\displaystyle \;>0\;}