A Soma de Salzer e a inversão numérica da Transformada de Laplace: análise de desempenho para funções oscilatórias, exponenciais e logarítmicas
DOI:
https://doi.org/10.5902/2179460X87225Palavras-chave:
Transformada de Laplace, Funcionais de Gaver, Transformada Inversa de Laplace, Soma de Salzer, Métodos NuméricosResumo
Neste artigo apresenta-se um estudo da Soma de Salzer, uma técnica para a inversão numérica da Transformada de Laplace, aplicada na inversão de cinco funções elementares com comportamentos diferentes: duas oscilatórias, duas exponenciais e uma logarítmica. Três das funções estudadas possuem um coeficiente variável a (fator incorporado a fim de investigar a eficiência do método em lidar com funções da mesma classe). O desempenho do algoritmo foi analisado, para cada valor de M (número de termos no somatório) e parâmetro a escolhidos, através do Erro Absoluto Médio, da representação gráfica e dos tempos de execução aproximados. Para o conjunto de cinco funções apresentado (e para cada a), foi determinado o valor ótimo de M. Constatou-se que a não influencia de maneira relevante o tempo de execução, ao contrário do parâmetro M, que interfere diretamente. Também concluiu-se, que para funções oscilatórias, o método apresenta dificuldades de convergência na medida que a frequência aumenta.
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Referências
Abate, J. and Valk´o, P. P. (2004). Comparison of sequence accelerators for the Gaver method of numerical Laplace transform inversion. Computers and Mathematics with Applications, 48:629–636.
Adamek, V., Vales, F., and Cerv, J. (2017). Numerical Laplace inversion in problems of elastodynamics: comparison of four algorithms. Advances in Engineering Software, 113:120–129.
Bellman, R., Kalaba, R. E., and Locket, J. A. (1996). Numerical Inversion of the Laplace Transform: Applications to Biology, Economics, Engeneering and Physics. Elsevier, 1st edition.
Boyce, W. E. and DiPrima, R. C. (2001). Elementary Differential Equations and Boundary Value Problems. Wiley, 7th edition.
Buttkus, B. (2000). Spectral Analysis and Filter Theory in Applied Geophysics. Springer-Verlag, 1st edition.
Calixto, G. R. L., Freitas, E. K., Ferreira, J. A., do Amaral Rodriguez, B. D., and Filho, J. F. P. (2022). Influˆencia do parˆametro N no algoritmo de Talbot-Fixo para a Invers˜ao Num´erica da Transformada de Laplace. VETOR - Revista de Ciˆencias Exatas e Engenharias, 32(1):42–51.
Chapra, S. C. and Canale, R. P. (2011). M´etodos Num´ericos para Engenharia. McGraw-Hill, 5th edition.
Cohen, A. M. (2007). Numerical Methods for Laplace Transform Inversion. Springer-Verlag, 1st edition.
Davies, B. and Martin, B. (1979). Numerical inversion of the Laplace transform: a survey and comparison of methods. Journal of Computational Physics, 33:1–32.
De Silva, C. W. (2023). Modeling of Dynamic Systems with Engineering Applications. CRC Press, 2nd edition.
Defreitas, C. and Kane, S. (2022). The numerical inversion of the Laplace transform in a multi-precision environment. Applied Mathematics, 13:401–418.
Dempsey, P. and Duffy, P. (2007). Radiative losses and cut-offs of energetic particles at relativistic shocks. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 378(2):625–634.
Freitas, E. K. (2022). Algoritmos de invers˜ao num´erica da transformada de Laplace aplicados `a soluc¸˜ao de um problema de difus˜ao de merc´urio na ´agua. Dissertac¸˜ao de P´os-Graduac¸˜ao em Modelagem Computacional, Universidade Federal do Rio Grande – FURG.
Gaver, D. P. (1966). Observing stochastic processes, and approximate transform inversion. Operations Research, 14(3):444–459.
Irwin, J. D. (2000). An´alise de Circuitos em Engenharia. Pearson Makron Books, 4th edition.
Schiff, J. L. (2013). The Laplace Transform: Theory and Applications. Springer-Verlag, 1st edition.
Shirtliffe, C. J. and Stephenson, D. G. (1961). A computer oriented adaption of Salzer’s method for inverting Laplace transforms. Studies in Applied Mathematics, 40:135–141.
Stehfest, H. (1970). Algorithm 368: Numerical inversion of Laplace transforms [d5]. Commun. ACM, 13(1):47–49.
Valk´o, P. P. and Abate, J. (2004). Multi-precision Laplace transform inversion. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 60:979–993.
Wang, T., Gu, Y., and Zhang, Z. (2017). An algorithm for the inversion of Laplace transforms using Puiseux expansions. Numerical Algorithms, 78:107–132.
Zakian, V. (1969). Numerical inversion of Laplace transform. Electronics Letters Institution of Engineering and Technology, 5:120–121.
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