Définition: Si $f$ est une fonction (localement intégrable),
définie sur, on appelle transformée de Laplace de $f$ la fonction:
En général, la convergence de l'intégrale n'est pas assurée pour tout z. On appelle abscisse de convergence absolue de la transformée de Laplace le réel:
Eventuellement, on peut avoir. On montre alors que, si, l'intégrale converge absolument. est alors une fonction définie, et même holomorphe, dans le demi-plan. Transformées de Laplace usuelles:
Règles de calcul:
Soit $f$ (resp. Transformée de Laplace. $g$) une fonction, $F$ (resp. $G$) sa transformée de Laplace, d'abscisse de convergence (resp. ). Propriétés:
Sous réserve de certaines conditions sur la fonction $f$, on a:
Inversion de la transformée de Laplace:
Pour inverser la transformée de Laplace, on utilise en général les tables et les règles précédentes, en lisant de droite à gauche. Par exemple, pour le calcul de l'inverse de la transformée de Laplace d'une fraction rationnelle, on décompose en éléments simples, et on cherche dans les tables.
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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:
$$z^3F(z)+z^2 F(z)+zF(z)+F(z)=\frac1{(z-1)^2}. Tableau : Transformées de Laplace - AlloSchool. $$
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.
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. Formulaire - Transformations de Laplace et de Fourier - Claude Giménès. ( 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.
Source de l'article: Mathématiques pour la Physique, tome 2, Benoist-Gueutal et Courbage, Eyrolles. Consulter aussi...
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. Transformée de laplace tableau 2020. Propriétés élémentaires [ modifier | modifier le code]
Les propriétés élémentaires (injectivité, linéarité, etc. ) sont identiques à celles de la transformation monolatérale de Laplace.
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Formalisation [ 2] (fin)
Définissons maintenant la relation d'équivalence suivante: et désignant deux distributions telles que ci-dessus, nous écrirons si et ont même restriction à l'intervalle dès que est suffisamment petit. Alors ne dépend que de la classe d'équivalence de et qui est appelée un « germe » de fonction généralisée définie dans un voisinage de, et, par abus de langage, une « fonction généralisée à support positif » (voir l'article Transformation de Laplace). On écrira. Notons enfin que si, et seulement si. Transformée de laplace tableau photo. Applications [ modifier | modifier le code]
La transformation de Laplace bilatérale est utilisée notamment pour la conception de filtres analogiques classiques ( Butterworth, Tchebychev, Cauer, etc. ) [ 3], pour le filtre optimal de Wiener, en statistiques où elle définit la fonction génératrice des moments d'une distribution, elle joue un rôle essentiel dans la formulation à temps continu de la factorisation spectrale causale directe et inverse, elle est très utilisée enfin pour résoudre les équations intégrales (voir l'article Opérateur intégral).