Учитывая это, из (4.5) получим
(4.7)
Для удобства принимаем, что многочлен имеет степень (а не ), но тогда корни его будут нумероваться от 1 до . И потому формула (4.7) перепишется в виде
(4.8)
Примечание. Простые корни знаменателя дроби являются ее простыми полисами. Используя формулу для вычисления вычетов функции относительно простых полюсов, формуле разложения (4.5) можно придать вид
,
Что совпадает с общим результатом (4.2).
Отметим, что формулы разложения (4.5),(4.8) иногда оказываются применимыми и в том случае, когда изображение имеет бесконечное число полюсов.
II. Знаменатель дроби (4.3) имеет кратные корни. Пусть числа являются корнями кратности соответственно, причем .
Тогда
.
Ввиду громоздкости процедуры определения коэффициентов разложения на простейшие дроби в данном случае для отыскания оригинала будем исходить из формулы (4.2).
Кратные корни знаменателя являются полюсами порядка дроби . Воспользовавшись формулой для вычета функции относительно полюса порядка , из формулы (4.2) получим
(4.9)
В частности, когда все полюса простые , формула (4.9) принимает вид (4.8).
Итак, если изображение является дробно-рациональной функцией от и ее полюса (простые или кратные), то соответствующий оригинал определяется формулой (4.9).
При практическом использовании формулы (4.9) полезно учитывать, что знаменатель содержит множитель и потому может быть записан в виде
, где
Тогда
(4.10)
Пример 4.4. По теореме разложения найти оригинал функции
а) б)
Решение. а) по условию,
,
Знаменатель имеет простые корни; , , . В соответствии с этим случаем воспользуемся формулой (4.5).
Тогда
Здесь
Следовательно,
.
б) здесь . Функция имеет два полюса: полюс 2-го порядка, полюс 3-го порядка. По формуле (4.9) находим
.
Чтобы вычислить первое слагаемое, необходимо сначала найти производную, а затем перейти к пределу при .
.
Для второго слагаемого найдем производную первого порядка от выражения, стоящего в скобках:
.
Тогда
Итак, .
5. ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ
Операционное исчисление можно рассматривать как своеобразный и эффективный метод интегрирования линейных дифференциальных уравнений и их систем, а также некоторых типов линейных дифференциальных уравнений в частных производных.
5.1. Решение линейных дифференциальных уравнений
с постоянными коэффициентами
Пусть дано линейное дифференциальное уравнение -го порядка с постоянными коэффициентами
, (5.1)
где действительные числа. Требуется найти решение этого уравнения для , удовлетворяющее начальным условиям
. (5.2)