On a l'équation différentielle ordinaire suivante :
f′′(t)+3f′(t)+2f(t)=10sin(t)Prenons la transformée de Laplace des deux membres de l'équation précédente. On a alors :
TLp[f′′(t)+3f′(t)+2f(t)]=TLp[10sin(t)]Par linéarité, on a :
TLp[f′′(t)]+3TLp[f′(t)]+2TLp[f(t)]=10TLp[sin(t)]On adopte la notation usuelle
F(p)=TLp[f(t)]. De fait, on a :
p2F(p)−pf(0)−f′(0)+3(pF(p)−0)+2F(p)=10p2+11En tenant compte des conditions initiales, on obtient :
p2F(p)−p0−1+3(pF(p)−0)+2F(p)=10p2+11Soit :
p2F(p)−1+3pF(p)+2F(p)=10p2+11Soit encore :
(p2+3p+2)F(p)=p2+110+1Donc :
(p2+3p+2)F(p)=p2+110+p2+1p2+1D'où :
(p2+3p+2)F(p)=p2+1p2+11Or, le polynôme du second degré
p2+3p+2 admet deux racines réelles distinctes qui sont
−1 et
−2. De fait, on a :
p2+3p+2=(p−(−1))(p−(−2))=(p+1)(p+2)Ce qui nous permet d'écrire que :
(p+1)(p+2)F(p)=p2+1p2+11Ainsi :
F(p)=(p+1)(p+2)(p2+1)p2+11Nous allons réaliser une décomposition en éléments simples. Avec
A,
B,
C et
D qui sont quatre nombres réels, on a :
(p+1)(p+2)(p2+1)p2+11=p+1A+p+2B+p2+1Cp+DDonc :
(p+2)(p2+1)p2+11=Ap+1p+1+p+2B(p+1)+p2+1(Cp+D)(p+1)En simplifiant :
(p+2)(p2+1)p2+11=A+p+2B(p+1)+p2+1(Cp+D)(p+1)Posons maintenant
p=−1. On a donc :
(−1+2)((−1)2+1)(−1)2+11=A+−1+2B(−1+1)+(−1)2+1(C(−1)+D)(−1+1)Soit :
212=A+1B(0)+2−C+D)(0)On trouve immédiatement que
A=6. Donc on a :
(p+1)(p+2)(p2+1)p2+11=6p+11+p+2B+p2+1Cp+DPuis, on a aussi :
(p+1)(p2+1)p2+11=6p+1p+2+Bp+2p+2+p2+1(Cp+D)(p+2)En simplifiant :
(p+1)(p2+1)p2+11=6p+1p+2+B+p2+1(Cp+D)(p+2)Posons maintenant
p=−2. On a donc :
(−2+1)((−2)2+1)(−2)2+11=6−2+1−2+2+B+(−2)2+1(C(−2)+D)(−2+2)Soit :
−515=6−10+B+5(−2C+D)(0)On trouve alors que
B=−515=−3. Ainsi, on obtient :
(p+1)(p+2)(p2+1)p2+11=6p+11−3p+21+p2+1Cp+DDans cette expression, posons
p=0, on a alors :
(0+1)(0+2)(02+1)02+11=60+11−30+21+02+1C0+DSoit :
211=611−321+1D⟺211=6−23+D⟺211=29+D⟺211−29=D⟺211−9=DOn trouve que
D=22=1. On a alors :
(p+1)(p+2)(p2+1)p2+11=6p+11−3p+21+p2+1Cp+1Dans cette expression, posons
p=1, on a alors :
(1+1)(1+2)(12+1)12+11=61+11−31+21+12+1C1+1Soit :
1212=621−331+2C+1⟺1=3−1+2C+1⟺1=2+2C+1⟺1−2=2C+1Soit encore :
−1=2C+1⟺−2=C+1⟺−2−1=C⟺−3=COn obtient donc :
(p+1)(p+2)(p2+1)p2+11=6p+11−3p+21+p2+1−3p+1Ainsi :
F(p)=6p+11−3p+21+p2+1−3p+1Que nous allons écrire comme :
F(p)=6p+11−3p+21−3p2+12p+p2+121Dès lors, on a :
TLp[f(t)]=6TLp[e−t]−3TLp[e−2t]−3TLp[cos(t)]+TLp[sin(t)]par linéarité :
TLp[f(t)]=TLp[6e−t−3e−2t−3cos(t)+sin(t)]On a alors :
f(t)=6e−t−3e−2t−3cos(t)+sin(t)Ainsi de faire explicitement apparaître lez caractère causal de la fonction numérique univariée recherchée
f, nous allons faire apparaitre l'echelon unité
U(t). On obtient finalement :
f(t)=(6e−t−3e−2t−3cos(t)+sin(t))U(t)