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Relation entre la transformation bilatérale et la transformation monolatérale [ modifier | modifier le code] Théorie élémentaire [ modifier | modifier le code] Soit une fonction définie dans un voisinage ouvert de, continue en 0, et admettant une transformée de Laplace bilatérale. Sa transformée monolatérale de Laplace, que nous noterons ici, est donnée par où est la fonction de Heaviside. On a par conséquent d'où la formule classique Généralisation [ modifier | modifier le code] Soit une distribution à support positif, une fonction indéfiniment dérivable dans un intervalle ouvert contenant, et. En posant, est une distribution à support positif, dont la transformée de Laplace est (en notation abusive) où est l'abscisse de convergence. Les distributions et ont même restriction à tout intervalle ouvert de la forme dès que est suffisamment petit. On peut donc écrire pour tout entier. D'autre part, avec et, d'après la « théorie élémentaire » ci-dessus,. Finalement, En procédant par récurrence, on obtient les formules générales de l'article Transformation de Laplace.
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Ambiguïtés à éviter [ modifier | modifier le code] Il est essentiel, quand on utilise la transformation bilatérale de Laplace, de préciser la bande de convergence. Soit par exemple. Si la bande de convergence est, l'« antécédent » de cette transformation de Laplace est la fonction de Heaviside. En revanche, si la bande de convergence est, cet antécédent est. Convolution et dérivation [ modifier | modifier le code] Soit et deux distributions convolables, par exemple ayant chacune un support limité à gauche, ou l'une d'entre elles étant à support compact. Alors (comme dans le cas de la transformation monolatérale), En particulier, et, donc Transformées de Laplace des hyperfonctions [ modifier | modifier le code] On peut étendre la transformation de Laplace au cas de certaines hyperfonctions, dites « hyperfonctions de Laplace » ou « hyperfonctions de type exponentiel » [ 1]. Pour une hyperfonction définie par une distribution, on retrouve la théorie qui précède. Mais par exemple bien que n'étant pas une distribution (car elle est d'ordre infini localement, à savoir en 0), est une hyperfonction dont le support est et qui admet pour transformée de Laplace où désigne la fonction de Bessel de première espèce habituelle, à savoir la fonction entière On obtient en effet en substituant cette expression dans la précédente ce qui est bien cohérent avec la définition de puisque.
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Ce théorème montre par exemple que l'hyperfonction considérée au paragraphe « Transformées de Laplace des hyperfonctions » n'est pas une distribution ayant son support en 0. Transformée de Fourier-Laplace [ modifier | modifier le code] En posant, on obtient la transformée de Fourier-Laplace. Considérons, pour simplifier, la transformée de Fourier-Laplace d'une fonction d'une variable réelle. On a alors, par conséquent si la bande de convergence de la transformée de Laplace est, celle de la transformée de Fourier-Laplace est. Notes et références [ modifier | modifier le code] Voir aussi [ modifier | modifier le code] Bibliographie [ modifier | modifier le code] Henri Bourlès, Linear Systems, John Wiley & Sons, 2010, 544 p. ( ISBN 978-1-84821-162-9 et 1-84821-162-7) Henri Bourlès et Bogdan Marinescu, Linear Time-Varying Systems: Algebraic-Analytic Approach, Springer, 2011, 638 p. ( ISBN 978-3-642-19726-0 et 3-642-19726-4, lire en ligne) Jean Dieudonné, Éléments d'analyse, vol. 6, Paris, Gauthier-Villars, 1975, 197 p. ( ISBN 2-87647-216-3) (en) U. Graf, Introduction to Hyperfunctions and Their Integral Transforms: An Applied and Computational Approach, Birkhäuser, 2010, 432 p. ( ISBN 978-3-0346-0407-9 et 3-0346-0407-6, lire en ligne) (en) Hikosaburo Komatsu, « Laplace transforms of hyperfunctions -A new foundation of the Heaviside Calculus- », J. Fac.
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On dispose aussi du théorème suivant pour inverser la transformée de Laplace. Théorème (formule d'inversion de Bromvitch): Soit F(z)=F(x+iy), analytique pour x>x 0, une fonction sommable en y, pour tout x>x 0. Alors F est une transformée de Laplace, dont l'original est donné par: Cette dernière intégrale se calcule souvent en utilisant le théorème des résidus. Application de la transformée de Laplace à la résolution d'équations différentielles: Soit à résoudre, pour $t>0$, $$f^{(3)}(t)+f''(t)+f'(t)+f(t)=te^t$$ avec $f'(0)=f''(0)=f^{(3)}(0)=0$. On suppose que $f$ admet une transformée de Laplace $F$, et on prend la transformée de Laplace de l'équation précédente: $$z^3F(z)+z^2 F(z)+zF(z)+F(z)=\frac1{(z-1)^2}. $$ L'equation différentielle en $f$ se transforme en équation algébrique en $F$. On résout cette équation pour en déduire $F(z)$, et retrouver $f$ par transformée de Laplace inverse! (ce qui n'est pas forcément simple). La transformation de Laplace a été introduite par le marquis Pierre Simon de Laplace en 1812, dans son ouvrage Théorie analytique des probabilités, afin de caractériser diverses lois de probabilités.
En analyse, la transformation bilatérale de Laplace est la forme la plus générale de la transformation de Laplace, dans laquelle l' intégration se fait à partir de moins l'infini plutôt qu'à partir de zéro. Définition [ modifier | modifier le code] La transformée bilatérale de Laplace d'une fonction de la variable réelle est la fonction de la variable complexe définie par: Cette intégrale converge pour, c'est-à-dire pour appartenant à une bande de convergence dans le plan complexe (au lieu de, désignant alors l'abscisse de convergence, dans le cas de la transformation monolatérale). De façon précise, dans le cadre de la théorie des distributions, cette transformée « converge » pour toutes les valeurs de pour lesquelles (en notation abusive) est une distribution tempérée et admet donc une transformation de Fourier. Propriétés élémentaires [ modifier | modifier le code] Les propriétés élémentaires (injectivité, linéarité, etc. ) sont identiques à celles de la transformation monolatérale de Laplace.
Coefficients des séries de Fourier 3. Forme réelle La fonction (périodique) à décomposer: \[f(x)~=~a_0~+~\sum_{n=1}^{n=\infty} a_n\cos n\omega x~+~\sum_{n=1}^{n=\infty} b_n\sin n\omega x\] Les expressions des coefficients (réels): \[\begin{aligned} &a_0~=~\frac{1}{T} ~\int_0^Tf(t)~dt\\ &a_n~=~\frac{2}{T}~\int_0^T~f(t)\cos n\omega t~dt\\ &b_n~=~\frac{2}{T}~\int_0^T~f(t)\sin n\omega t~dt\end{aligned}\] 3. Forme complexe La fonction (périodique) à décomposer: \[f(x)~=~\sum_{n=-\infty}^{n=+\infty} c_n~e^{jn\omega x}\] Les expressions des coefficients (complexes): \[c_n~=~\frac{a_n+jb_n}{2}~=~\frac{1}{T}\int_0^T f(t)~e^{-jn\omega t}~dt\]
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