Introducción
La transformada de Laplace presenta gran utilidad para resolver ecuaciones diferenciales con coeficientes constantes. Considerando como ejemplo, una ecuación diferencial de segundo orden
donde y
son constantes sometidas a ciertas condiciones iniciales o condiciones de la frontera como lo son
y
donde A y B son constantes. Aplicando la transformada de Laplace en ambos miembros se obtiene una ecuación algebraica para determinar
y finalmente se calcula la transformada inversa de Laplace. Este procedimiento se puede aplicar si la ecuación diferencial es de orden superior.
Problemas resueltos
Problema 1. Resolver para
y
.
Solución. De la ecuación diferencial, se aplica la transformada de Laplace por ambos lados.
Aplicando las fórmulas y propiedades correspondientes para cada término
Sabiendo que y
Despejando
Tomando la transformada inversa de Laplace en ambos miembros
Finalmente,
Problema 2. Resolver para
y
.
Solución. De la ecuación diferencial, se toma la transformada de Laplace en ambos lados
Aplicando las fórmulas y propiedades para cada término
Sabiendo que y
, resulta
Aplicando el método de fracciones parciales,
Utilizando la transformada inversa de Laplace, resulta
Así que, el resultado final es
Problema 3. Resolver , donde
y
.
Solución. Tomando la transformada de Laplace por ambos lados y aplicando la propiedad de linealidad, resulta que
Tomando las condiciones iniciales y
, se tiene que
Por el método de fracciones parciales
Aplicando en ambos miembros
Finalmente
Problema 4. Resolver , donde
,
y
.
Solución. Tomando la transformada de laplace en ambos miembros y aplicando la propiedad de linealidad, resulta que
Sabiendo que ,
y
, se tiene lo siguiente
Aplicando en ambos miembros
Finalmente,
Problema 5. Resolver si
y
.
Solución. Aplicando la transformada de Laplace en ambos miembros,
Sabiendo que
Como no se tiene definido , sea
.
Continuando
Tomando en ambos lados
Para determinar el valor , se toma
.
Ahora, sustituyendo el valor de en el resultado
Finalmente,