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Derivación de la transformada de Laplace del polinomio de Laguerre

Me dan esta definición para los polinomios de Laguerre: $$L_n(t)=\frac{e^t}{n!}\frac{d^n}{dt^n}\left[t^ne^{-t}\right],~\text{for }n=0,1,2...$$ y tengo que demostrar que la transformada de Laplace es $$\frac{1}{s}\left(\frac{s-1}{s}\right)^n$$ Mi primer intento fue encontrar una fórmula para el $n$ derivada de $t^ne^{-t}$ que he encontrado para ser $$\frac{d^n}{dt^n}\left[t^ne^{-t}\right]=e^{-t}\sum_{k=0}^n\frac{n!}{(n-k)!}\binom nk (-t)^{n-k}$$

Así que a partir de aquí traté de tomar la transformación: $$\begin{align*}\mathcal{L}_s\left\{\frac{e^t}{n!}\frac{d^n}{dt^n}\left[t^ne^{-t}\right]\right\}&=\frac{1}{n!}\mathcal{L}_{s-1}\left\{e^{-t}\sum_{k=0}^n\frac{n!}{(n-k)!}\binom nk (-t)^{n-k}\right\}\end{align*}$$ donde $\mathcal{L}_s\{f(t)\}=F(s)$ y $\mathcal{L}_s\{e^tf(t)\}=\mathcal{L}_{s-1}\{f(t)\}=F(s-1)$ (en caso de que la notación no sea familiar). No estoy seguro de cómo continuar con esto. El factor de $e^{-t}$ parece deshacer el cambio a $s-1$ y no estoy seguro de si eso es un problema o no.

No creo que me haya equivocado con el $n$ La fórmula de la derivada, pero creo que puede haber una forma diferente de expresarla que facilite el cálculo. Se agradece cualquier ayuda.

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Silynn Puntos 1572

¿Has pensado en utilizar las propiedades de la transformada de Laplace para simplificar el cálculo?

Los que estoy pensando son:

$$\mathcal{L}(e^{at}f(t))=F(s-a)$$

y,

$$\mathcal{L}\left(\frac{d^n}{dt^n}f(t)\right)=s^nF(s)-\sum_{i=1}^ns^{i-1}f^{(n-i)}(0)$$

donde $F(s)=\mathcal{L}(f(t))$ y $f^{(n)}$ es la derivada n-ésima de $f$ . El $\frac{1}{n!}$ es una constante, así que puedes sacarla de la integral.

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Drew Puntos 1722

No creo que utilizar la fórmula de Rodrigues sea conveniente en este caso. Si se parte de la representación de forma cerrada estándar de los polinomios de Laguerre $$L_n(x)=\sum_{k=0}^n {{n} \choose {k}} (-1)^k \frac{x^k}{k!}$$ tenemos un cálculo bastante sencillo

$$\mathcal L_s(L_n(x)))=\int_0^\infty e^{-sx}L_n(x) dx=\sum_{k=0}^n {{n} \choose {k}} \frac{(-1)^k}{k!} \int_0^\infty x^k e^{-sx}dx=\sum_{k=0}^n {{n} \choose {k}} (-1)^k s^{-k-1}= \\ s^{-1}\sum_{k=0}^n {{n} \choose {k}} (-s^{-1})^{k} =\left(\frac{s-1}{s} \right)^n \frac{1}{s} $$

habiendo utilizado la relación de la función Gamma $$\int_0^\infty x^k e^{-sx}dx= k! s^{-k-1}.$$

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