On a l'équation différentielle suivante :
y′′(x)+a2y(x)=f(x)Prenons la transformée de Laplace des deux membres de cette équation différentielle :
TLp[y′′(x)+a2y(x)]=TLp[f(x)]Par linéarité, on a alors :
TLp[y′′(x)]+a2TLp[y(x)]=TLp[f(x)]Adoptons les notations usuelles, à savoir
Y(p)=TLp[y(x)] et
F(p)=TLp[f(x)]. On a alors :
p2Y(p)−py(0)−y′(0)+a2Y(p)=F(p)En tenant compte des conditions initiales, on obtient :
p2Y(p)−p1−(−2)+a2Y(p)=F(p)Soit :
p2Y(p)−p+2+a2Y(p)=F(p)En factorisant, on a alors :
(p2+a2)Y(p)−p+2=F(p)Soit encore :
(p2+a2)Y(p)=p−2+F(p)De fait, on obtient :
Y(p)=p2+a2p−2p2+a21+p2+a21F(p)Que nous allons écrire comme :
Y(p)=p2+a2p−a2p2+a2a+a1p2+a2aF(p)Mais, on sait que
Y(p)=TLp[y(x)] F(p)=TLp[f(x)]. On a alors :
TLp[y(x)]=p2+a2p−a2p2+a2a+a1p2+a2a×TLp[f(x)]En faisant usage des tables de correspondances relatives à la transformation de Laplace, on a alors :
TLp[y(x)]=TLp[cos(ax)]−a2TLp[sin(ax)]+a1TLp[sin(ax)]×TLp[f(x)]Par linéarité de la transformation de Laplace, nous pouvons écrire que :
TLp[y(x)]=TLp[cos(ax)−a2sin(ax)]+a1TLp[sin(ax)]×TLp[f(x)]En introduisant maintenant le produit de convolution, on obtient :
TLp[y(x)]=TLp[cos(ax)−a2sin(ax)]+a1TLp[∫0xsin(at)f(x−t)dt]Par linéarité, à nouveau, on peut donc écrire que :
TLp[y(x)]=TLp[cos(ax)−a2sin(ax)+a1∫0xsin(at)f(x−t)dt]Ce qui implique que :
y(x)=cos(ax)−a2sin(ax)+a1∫0xsin(at)f(x−t)dtFinalement, en faisant explicitement apparaitre le caractère causal de la fonction
y recherchée, au travers de l'introduction de l'échelon unité
U(x), on trouve que :
y(x)=(cos(ax)−a2sin(ax)+a1∫0xsin(at)f(x−t)dt)U(x)