RÉGIMES TRANSITOIRES - CIRCUIT RLC - corrigé des exercices



A. EXERCICES DE BASE

I. Régime propre d'un circuit RLC

1. • L’équation différentielle qui décrit le régime “propre” d’un circuit RLC-série peut s’écrire (loi des mailles) :  Ri+Ldidt+qC=0\displaystyle R \:i+L \,\frac{di}{dt}+\frac{q}{C}=0  avec  i=dqdt\displaystyle i=\frac{dq}{dt} .  Ceci correspond à :  q̈+2αq˙+ω02q=0\ddot{q}+2 \,α \:\dot{q}+ω_0^{\:2} \: q=0  avec  α=R2L\displaystyle α=\frac{R}{2 \,L}  et  ω0=1LC\displaystyle ω_0=\frac{1}{\sqrt{L \:C}} .
• En régime “propre” peu amorti (RR faible, tel que  α<ω0α<ω_0 ) les solutions sont pseudo-périodiques, de la forme :  q=q0e−αtcos(ωt+ϕ)q=q_0 \:\mathrm{e}^{-α \,t} \; \cos(ω \:t+ϕ)  avec  ω=ω02−α2ω=\sqrt{ω_0^{\:2}-α^2} .  La pseudo-période est :  T=2πω\displaystyle T=\frac{2π}{ω}  où ωω peut s'exprimer avec  ω0=2πT0\displaystyle ω_0=\frac{2π}{T_0}   ;  ainsi :  T=T01−(αT02π)2\displaystyle T=\frac{T_0}{\sqrt{1-\left(\frac{α \:T_0}{2π}\right)^2}} .
◊ remarque : on retrouve bien ainsi  T→T0T→T_0  quand  R→0R→0  (c'est à dire  α→0α→0 ).
• En développant à l’ordre le plus bas :  T≈T0.(1+12(αT02π)2)\displaystyle T≈T_0 .\left(1+\frac{1}{2} \left(\frac{α \:T_0}{2π}\right)^2 \right)  et  β=T−T0T0≈12(αT02π)2\displaystyle β=\frac{T-T_0}{T_0} ≈\frac{1}{2} \left(\frac{α \:T_0}{2π}\right)^2.  La limite  β<10−3β<{10}^{-3}  correspond alors à :  α=R2L<2πT021000\displaystyle α=\frac{R}{2 \,L}<\frac{2π}{T_0} \sqrt{\frac{2}{1000}}  c’est-à-dire :  R<81000LC≈2,8Ω\displaystyle R<\sqrt{\frac{8}{1000} \frac{L}{C}}≈\text{2,8} \:\mathrm{Ω} .

2. • Le facteur de qualité peut s’écrire :  𝒬=Lω0R=παT0\displaystyle 𝒬=\frac{L \:ω_0}{R}=\frac{π}{α \:T_0} .  Avec l’approximation :   β≈12(αT02π)2=18𝒬2\displaystyle β≈\frac{1}{2} \left(\frac{α \:T_0}{2π}\right)^2=\frac{1}{8 \:𝒬^2} ,  on obtient alors pour la résonance aiguë :  β≈1,2.10−3β≈\text{1,2}.{10}^{-3}  ;  on peut donc en conclure qu’un circuit RLC peu amorti, donc très résonant, effectue des oscillations libres très semblables aux oscillations forcées résonantes.
• Pour une résonance “moyenne”, l’approximation  β≈18𝒬2\displaystyle β≈\frac{1}{8 \:𝒬^2}  donne  β≈0,12β≈\text{0,12}  ;  on peut donc en conclure qu’un circuit RLC moyennement amorti, donc médiocrement résonant, effectue des pseudo-oscillations libres à peu près semblables aux oscillations forcées résonantes.
• Pour une résonance floue, l’approximation  β≈18𝒬2\displaystyle β≈\frac{1}{8 \:𝒬^2}  donne  β≈12≫1β≈12≫1  ;  elle est donc visiblement absurde. Le calcul exact donne :  T=T01−18Q2\displaystyle T=\frac{T_0}{\sqrt{1-\frac{1}{8 \:Q^2}}} ,  c’est-à-dire qu’il n’y a plus de pseudo-oscillations pour  Q≤18≈0,35Q≤\frac{1}{\sqrt{8}}≈\text{0,35} .


II. Réponse à un échelon de courant

1.a. • La loi des nœuds impose :  ic=i+i′+i″i_c=i+i'+i'' .  La loi des mailles impose :  Ri′=Ldidt\displaystyle R \:i'=L \: \frac{di}{dt} .


1.b. • La loi des mailles impose :  Ri′=qC\displaystyle R \:i'=\frac{q}{C} .  La charge du condensateur impose :  i″=dqdt\displaystyle i''=\frac{dq}{dt} .


1.c. • La combinaison des équations précédentes donne :  d2idt2+1RCdidt+1LCi=1LCic\displaystyle \frac{d^2 i}{{dt}^2} +\frac{1}{R \:C} \,\frac{di}{dt}+\frac{1}{L \:C} \: i=\frac{1}{L \:C} \: i_c .


2.a. • En posant  α=12RC\displaystyle α=\frac{1}{2 \,R \:C}   et   ω0=1LC\displaystyle ω_0=\frac{1}{\sqrt{L \:C}}  l'équation précédente s'écrit :  d2idt2+2αdidt+ω02i=ω02ic\displaystyle \frac{d^2 i}{{dt}^2} +2 \,α \,\frac{di}{dt}+ω_0^{\:2} \; i=ω_0^{\:2} \; i_c .
• Le discriminant réduit de l'équation caractéristique correspondante est :  Δ′=α2−ω02<0Δ'=α^2-ω_0^{\:2}<0 .
• Pour  t<0t<0 ,  la solution de l'équation différentielle peut s'écrire :  i=e−αt[Acos(ωt)+Bsin(ωt)]i=\mathrm{e}^{-α \,t} \: [A \: \cos(ω \,t)+B \: \sin(ω \,t)]  avec la pseudo-pulsation  ω=ω02−α2ω=\sqrt{ω_0^{\:2}-α^2} .  La situation étant invariante pour tout  t<0t<0 ,  la seule solution possible est :  i=0i=0 .  On en déduit :  i′=LRdidt=0\displaystyle i'=\frac{L}{R} \,\frac{di}{dt}=0   et   i″=RCdi′dt=0\displaystyle i''=R \:C \,\frac{di'}{dt}=0 .
• Pour  t≥0t≥0 ,  la solution est de la forme :  i=I+e−αt[Acos(ωt)+Bsin(ωt)]i=I+\mathrm{e}^{-α \,t} \: [A \: \cos(ω \,t)+B \: \sin(ω \,t)]  et les conditions initiales imposent :  i=I−Ie−αt[cos(ωt)+αωsin(ωt)]\displaystyle i=I-I \;\mathrm{e}^{-α \,t}\: \left[\cos(ω \:t)+\frac{α}{ω} \, \sin(ω \,t) \right] .
• On en déduit :  i′=LRdidt=Ie−αt2αωsin(ωt)\displaystyle i'=\frac{L}{R}\, \frac{di}{dt}=I \;\mathrm{e}^{-α \,t} \; \frac{2 \,α}{ω} \: \sin(ω \,t)   et   i″=RCdi′dt=Ie−αt[cos(ωt)−αωsin(ωt)]\displaystyle i''=R \:C \,\frac{di'}{dt}=I \;\mathrm{e}^{-α \,t} \: \left[\cos(ω \,t)-\frac{α}{ω} \, \sin(ω \,t) \right] .


2.b. • Les allures des variations respectives des courants ii, i′i' et i″i'' sont les suivantes.

transRLC_cor_Im/transRLC_cor_Im1.png

transRLC_cor_Im/transRLC_cor_Im2.png

transRLC_cor_Im/transRLC_cor_Im3.png


3.a. • Le discriminant réduit de l'équation caractéristique est ici :  Δ′=α2−ω02>0Δ'=α^2-ω_0^{\:2}>0  (avec les mêmes notations).
• Pour  t<0t<0 ,  la solution de l'équation différentielle est de la forme :  i=Ae−λt+Be−μti=A \:\mathrm{e}^{-λ \,t}+B \:\mathrm{e}^{-μ \,t}  en posant  β=α2−ω02β=\sqrt{α^2-ω_0^{\:2}}  ;  λ=α−βλ=α-β  et  μ=α+β>λμ=α+β>λ .  La situation étant invariante pour tout  t<0 t<0 ,  la seule solution possible est :  i=0i=0 .  On en déduit :  i′=LRdidt=0\displaystyle i'=\frac{L}{R} \, \frac{di}{dt}=0   et   i″=RCdi′dt=0\displaystyle i''=R \:C \,\frac{di'}{dt}=0 .
• Pour  t≥0t≥0 ,  la solution de l'équation différentielle est de la forme :  i=I+Ae−λt+Be−μti=I+A \:\mathrm{e}^{-λ \,t}+B \:\mathrm{e}^{-μ \,t}  et les conditions initiales imposent :  i=I−Iμ2β[e−λt−λμe−μt]\displaystyle i=I-I \, \frac{μ}{2 \,β} \: \left[\mathrm{e}^{-λ \,t}-\frac{λ}{μ} \: \mathrm{e}^{-μ \,t} \right] .
• On en déduit :  i′=LRdidt=Iαβ[e−λt−e−μt]\displaystyle i'=\frac{L}{R} \,\frac{di}{dt}=I \, \frac{α}{β} \: [\mathrm{e}^{-λ \,t}- \mathrm{e}^{-μ \,t} ]   et   i″=RCdi′dt=Iμ2β[e−μt−λμe−λt]\displaystyle i''=R \:C \, \frac{di'}{dt}=I \, \frac{μ}{2 \,β} \, \left[\mathrm{e}^{-μ \,t}-\frac{λ}{μ} \: \mathrm{e}^{-λ \,t} \right] .


3.b. • Les allures des variations respectives des courants ii, i′i' et i″i'' sont les suivantes.

transRLC_cor_Im/transRLC_cor_Im4.png

transRLC_cor_Im/transRLC_cor_Im5.png

transRLC_cor_Im/transRLC_cor_Im6.png


4.a. • La loi des mailles modifiée s'écrit maintenant :  Ri′=ri+Ldidt\displaystyle R \:i'=r \:i+L \, \frac{di}{dt} .
• La combinaison des équations donne :  d2idt2+(1RC+rL)didt+R+rR1LCi=1LCic\displaystyle \frac{d^2 i}{{dt}^2} +\left(\frac{1}{R \:C}+\frac{r}{L}\right) \frac{di}{dt}+\frac{R+r}{R} \frac{1}{L \:C} \: i=\frac{1}{L \:C} \: i_c .


4.b. • Pour retrouver la même équation, il est nécessaire et suffisant d'imposer :

1R′C′=1RC+rL\displaystyle \frac{1}{R' \:C'}=\frac{1}{R \:C}+\frac{r}{L}   ;   1L′C′=R+rR1LC\displaystyle \frac{1}{L' \:C'}=\frac{R+r}{R}\, \frac{1}{L \:C}   ;   1L′C′I′=1LCI\displaystyle \frac{1}{L' \:C'} \, I'=\frac{1}{L \:C}\, I .
• Ce système de trois équations à quatre inconnues a en fait une infinité de solutions : on peut imposer une contrainte supplémentaire.
◊ remarque : on ne peut pas imposer  I′=II'=I  car la seconde équation donnerait  r=0r=0 .


4.c. • En imposant  C′=CC'=C , on obtient :  R′=LL+rRCR\displaystyle R'=\frac{L}{L+r \:R \:C} \, R   ;   L′=RR+rL\displaystyle L'=\frac{R}{R+r} \, L   ;   I′=RR+rI\displaystyle I'=\frac{R}{R+r} \, I .
◊ remarque : cette “renormalisation” des coefficients permet de simplifier le calcul et de retrouver toutes les quantités souhaitées.


4.d. • Pour  t≥0t≥0 ,  la solution de l'équation différentielle est de la forme :  i=I′+Ae−λ′t+Be−μ′ti=I'+A \;\mathrm{e}^{-λ' \,t}+B \;\mathrm{e}^{-μ' \,t}  avec les coefficients :  α′=12R′C=L+rRCLα\displaystyle α'=\frac{1}{2 \,R' \:C}=\frac{L+r \:R \:C}{L} \, α  ;  ω′0=1L′C=R+rRω0\displaystyle {ω'}_0=\frac{1}{\sqrt{L' \:C}}=\sqrt{\frac{R+r}{R}} \; ω_0  ;  β′=α′2−ω′02β'=\sqrt{{α'}^2-{ω'}_0^{\:2}}  ;  λ′=α′−β′λ'=α'-β'   et   μ′=α′+β′μ'=α'+β' .
• Les conditions initiales imposent ici encore la continuité de i(t)i(t) dans la bobine (car dans l'inductance) et la continuité de la dérivée didt\displaystyle \frac{di}{dt}  (continuité de la tension aux bornes du condensateur, donc de la tension  ri+Ldidt\displaystyle r \:i+L \, \frac{di}{dt}  aux bornes de la bobine, donc la continuité de ii impose celle de didt\displaystyle \frac{di}{dt} ).


4.e. • Le raisonnement sur le régime apériodique nécessitait  R>12LC\displaystyle R>\frac{1}{2} \,\sqrt{\frac{L}{C}}  ;  l'application au nouveau raisonnement nécessite de même  R′>12L′C\displaystyle R'>\frac{1}{2} \,\sqrt{\frac{L'}{C}}  ;  ceci impose donc :  LL+rRC>RR+r\displaystyle \frac{L}{L+r \:R \:C}>\sqrt{\frac{R}{R+r}} .
• On en déduit la condition :  r<L2R3C(1−2R2CL)\displaystyle r<\frac{L^2}{R^3 \:C} \left(1-\frac{2 \,R^2 \:C}{L}\right)  ;  c'est donc envisageable seulement si la résistance  rr  de la bobine n'est pas trop grande.
• Qui plus est, la condition  R>12LC\displaystyle R>\frac{1}{2} \,\sqrt{\frac{L}{C}}  correspond à  2R2CL>12\displaystyle \frac{2 \,R^2 \:C}{L}>\frac{1}{2}  ;  il faut donc que le régime ne soit pas “trop” apériodique :   12<2R2CL<1\displaystyle \frac{1}{2}< \frac{2 \,R^2 \:C}{L}<1  correspond à  12LC<R<L2C\displaystyle \frac{1}{2} \,\sqrt{\frac{L}{C}}<R<\sqrt{\frac{L}{2\,C}}  (sinon les deux cas, avec ou sans rr, ne sont pas du même type, donc le raisonnement ne peut pas s'appliquer).


III. Limite du régime critique

1. • Pour  α>ω0α>ω_0 ,  on peut ré-écrire l'expression sous la forme :  u(t)=(E−E′)e−2αtμeμt−λeλtμ−λ+E′\displaystyle u(t)=(E-E') \:\mathrm{e}^{-2 \,α \,t} \; \frac{μ \:\mathrm{e}^{μ \,t}-λ \:\mathrm{e}^{λ \,t}}{μ-λ}+E' .
• La limite  α→ω0α→ω_0  correspond à  μ→αμ→α  et  λ→αλ→α  ;  ainsi :

u(t)→(E−E′)e−2αt∂(αeαt)∂α+E′=(E−E′)e−2αt(αt+1)eαt+E′\displaystyle u(t)→(E - E') \:\mathrm{e}^{-2 \,α \,t} \:\frac{∂(α \:\mathrm{e}^{α \,t})}{∂α}+E'=(E-E') \:\mathrm{e}^{-2 \,α \,t} \; (α \:t+1) \:\mathrm{e}^{α \,t}+E'  ;
u(t)→(E−E)(αt+1)e−αt+E′u(t)→(E-E) \:(α \:t+1) \:\mathrm{e}^{-α \,t}+E' .

2. • Pour  α<ω0α<ω_0 ,  près du cas critique, la décroissance rapide de l'amplitude d'oscillation fait que le comportement général est semblable à celui au voisinage de  t=0t=0 .  On peut alors considérer  cos(ωt)≈1\cos(ω \:t)≈1  et  sin(ωt)≈ωt\sin(ω \:t)≈ω \:t  ;  ceci donne :  u(t)≈(E−E′)e−αt(1+αt)+E′u(t)≈(E-E') \:\mathrm{e}^{-α \,t} \; (1+α \:t)+E' .  Des précisions sont toutefois nécessaires.
• En posant  λ′=α−jωλ'=α-j ω  et  μ′=α+jωμ'=α+j ω ,  on peut écrire :  u(t)=(E−E′)e−2αtμ′eμ′t−λ′eλ′tμ′−λ′+E′\displaystyle u(t)=(E-E') \;\mathrm{e}^{-2 \,α \,t} \; \frac{μ' \:\mathrm{e}^{μ' \,t}-λ' \:\mathrm{e}^{λ' \,t}}{μ'-λ'}+E' .  La limite  α→ω0α→ω_0  correspond à  ω→0ω→0 ,  μ′→αμ'→α  et  λ′→αλ'→α  ;  on obtient ainsi le même résultat que précédemment.



B. EXERCICES D’APPROFONDISSEMENT

IV. Propagation le long d'un câble coaxial

1. • Le courant traversant la capacité est :  i1=i(x)−i(x+dx)=−δi=−∂i∂xdx\displaystyle i_1=i(x)-i(x+dx)=-δi=-\frac{∂i}{∂x} \:dx .
• On en déduit :  ∂(u(x+dx))∂t=∂(δqδC)∂t=−1γ∂i∂x\displaystyle \frac{∂\left(u(x+dx)\right)}{∂t}=\frac{∂\left(\frac{δq}{δC}\right)}{∂t}=-\frac{1}{γ}\, \frac{∂i}{∂x} .  Ceci peut s'écrire :  ∂u∂t=−1γ∂i∂x\displaystyle \frac{∂u}{∂t}=-\frac{1}{γ} \frac{∂i}{∂x}  car la différence entre  u(x)u(x)  et  u(x+dx)u(x+dx)  est ici négligeable puisque d'ordre supérieur.

2. • Les tensions aux bornes des inductances sont :  uAA′=δL∂i∂t=λ2dx∂i∂t\displaystyle u_{AA'}=δL \,\frac{∂i}{∂t}=\frac{λ}{2}\, dx \,\frac{∂i}{∂t}   et   uBB′=−λ2dx∂i∂t\displaystyle u_{BB'}=-\frac{λ}{2} \,dx\, \frac{∂i}{∂t} .
• On peut écrire :  δu=u(x+dx)−u(x)=−λdx∂i∂t\displaystyle δu=u(x+dx)-u(x)=-λ \:dx \, \frac{∂i}{∂t}   mais   δu=∂u∂xdx\displaystyle δu=\frac{∂u}{∂x}\, dx   donc :  ∂u∂x=−λ∂i∂t\displaystyle \frac{∂u}{∂x}=-λ \, \frac{∂i}{∂t} .

3. • En combinant les deux équations entre uu et ii, on obtient :  ∂2u∂x2=−λ∂2i∂x∂t=γλ∂2u∂t2\displaystyle \frac{∂^2 u}{{∂x}^2} =-λ \,\frac{∂^2 i}{∂x \:∂t}=γ \:λ \,\frac{∂^2 u}{{∂t}^2} ,  donc uu est solution d'une équation de la forme :  ∂2f∂x2−γλ∂2f∂t2=0\displaystyle \frac{∂^2 f}{{∂x}^2} -γ \:λ \, \frac{∂^2 f}{{∂t}^2} =0 .  On obtient de même une équation de cette forme pour ii.

4. • Les fonctions de la forme  f(t±xc)\displaystyle f\left(t±\frac{x}{c}\right)  donnent :  ∂2f∂x2=1c2∂2f∂t2\displaystyle \frac{∂^2 f}{{∂x}^2} =\frac{1}{c^2} \,\frac{∂^2 f}{{∂t}^2}  ;  elles sont solution de l'équation du type précédent si :  c=1γλ=1ε0μ0\displaystyle c=\frac{1}{\sqrt{γ \:λ}}=\frac{1}{\sqrt{ε_0 \:μ_0}} .
• Ce type de solutions décrit une propagation, à la célérité cc vers les  x>0x>0  pour f1(t−xc)f_1 \left(t-\frac{x}{c}\right) ,  puisqu'on retrouve la même valeur de la fonction pour  t′>tt'>t  à la position  x′=x+ct>xx'=x+c\,t>x .  De même  f2(t+xc) f_2 \left(t+\frac{x}{c}\right)  décrit une propagation à la célérité cc vers les  x<0x<0 .
• En outre,  c=1ε0μ0=3.108m.s−1\displaystyle c=\frac{1}{\sqrt{ε_0 \:μ_0}}=3.{10}^8 \: \mathrm{m.s^{-1}}  est la célérité de la lumière dans le vide.


V. Transformation de Laplace

1.a. • Pourvu que les intégrales convergent (ce qui peut imposer des conditions restrictives sur les fonctions ff autorisées), on peut intervertir l’ordre d’intégration en respectant le domaine  (u,t)∈ℝ+2(u \,,t)∈ℝ^{+2}  avec  t>ut>u :

ℒ{∫0tf(u)du}=∫0∞(∫0tf(u)du)e−ptdt=∫0∞(∫u∞e−ptdt)f(u)duℒ\left\{∫_0^t \,f(u) \:du\right\}=∫_0^∞ \,\left(∫_0^t \,f(u) \:du\right) \: \mathrm{e}^{-p \,t} \; dt=∫_0^∞ \,\left(∫_u^∞ \,\mathrm{e}^{-p \,t} \; dt\right) \: f(u) \:du  ;
ℒ{∫0tf(u)du}=1p∫0∞e−puf(u)du=1pℒ{f(u)}=1pℱ(p)\displaystyle ℒ \left\{∫_0^t f(u) \:du\right\}=\frac{1}{p} \: ∫_0^∞ \mathrm{e}^{-p \,u} \; f(u) \:du=\frac{1}{p} \, ℒ \{f(u)\}=\frac{1}{p} \: ℱ(p) .
◊ remarque :  ℒ{f(u)}=ℒ{f(t)}ℒ \{f(u)\}=ℒ \{f(t)\}  car la variable tt de f(t)f(t) est “muette”, c’est-à-dire qu'elle disparaît (après intégration) dans l’écriture de ℱ(p)ℱ(p) .


1.b. • D’une façon analogue, à l’aide d’une intégration par parties :

ℒ{df(t)dt}=∫0∞df(t)dte−ptdt=[f(t)e−pt]0∞−∫0∞f(t)d(e−pt)dtdt\displaystyle ℒ \left\{\frac{df(t)}{dt}\right\}=∫_0^∞ \frac{df(t)}{dt} \: \mathrm{e}^{-p \,t} \; dt=[f(t) \:\mathrm{e}^{-p \,t} ]_0^∞-∫_0^∞ f(t) \:\frac{d(\mathrm{e}^{-p \,t})}{dt} \: dt  ;
ℒ{df(t)dt}=f(0)+p∫0∞f(t)e−ptdt=pℒ{f(t)}=pℱ(p)\displaystyle ℒ \left\{\frac{df(t)}{dt}\right\}=f(0)+p \;∫_0^∞ f(t) \;\mathrm{e}^{-p \,t} \; dt=p \; ℒ \{f(t)\}=p \; ℱ(p) .


1.c. • Par simple intégration :

ℒ{h(t)}=∫0∞h(t)e−ptdt=∫0∞e−ptdt=−1p[e−pt]0∞=1p\displaystyle ℒ\{h(t)\}=∫_0^∞ h(t) \;\mathrm{e}^{-p \,t} \; dt=∫_0^∞ \mathrm{e}^{-p \,t} \; dt=-\frac{1}{p} \: [\mathrm{e}^{-p \,t} \,]_0^∞=\frac{1}{p} .
• De même avec un changement de variable :

ℒ{h(t−θ)}=∫0∞h(t−θ)e−ptdt=∫θ∞e−ptdt=∫0∞e−p.(t′+θ)dt′ℒ \{h(t-θ)\}=∫_0^∞ \,h(t-θ) \;\mathrm{e}^{-p \,t} \; dt=∫_θ^∞ \, \mathrm{e}^{-p \,t} \; dt=∫_0^∞ \, \mathrm{e}^{-p.(t'+θ)} \; dt'  ;
ℒ{h(t−θ)}=e−pθ∫0∞e−pt′dt′=1pe−pθ\displaystyle ℒ \{h(t-θ)\}=\mathrm{e}^{-p \,θ} \;∫_0^∞ \mathrm{e}^{-p \,t'} \, dt'=\frac{1}{p} \: \mathrm{e}^{-p \,θ} .


1.d. • D’une façon semblable :

ℒ{h(t)e−at}=∫0∞h(t)e−ate−ptdt=∫0∞e−(p+a)tdt=1p+a\displaystyle ℒ \{h(t) \;\mathrm{e}^{-a \,t}\, \}=∫_0^∞ h(t)\; \mathrm{e}^{-a \,t} \; \mathrm{e}^{-p \,t} \; dt=∫_0^∞ \mathrm{e}^{-(p+a) \, t} \; dt=\frac{1}{p+a} .
• De même avec un changement de variable :

ℒ{h(t−θ)e−a.(t−θ)}=e−pθℒ{h(t)e−at}=1p+ae−pθ\displaystyle ℒ \{h(t-θ) \;\mathrm{e}^{-a.(t-θ)} \,\}=\mathrm{e}^{-p \,θ} \:ℒ \{h(t) \;\mathrm{e}^{-a \,t\,} \}=\frac{1}{p+a} \: \mathrm{e}^{-p \,θ} .
◊ remarque : il y a une symétrie de comportement :

◊ la multiplication de f(t)f(t) par e−at\mathrm{e}^{-a \,t} décale ℱ(p)ℱ(p)  en  ℱ(p+a)ℱ(p+a) ;
◊ le décalage de f(t)f(t) en f(t−θ)f(t-θ) multiplie ℱ(p)ℱ(p) par e−pθ\mathrm{e}^{-p \,θ} .


2.a. • Pour  t≤0t≤0  le condensateur est déchargé et la tension entre ses bornes est nulle ; le courant est donc nul et la tension aux bornes de la résistance est nulle : la tension EE se retrouve aux bornes de l’interrupteur.
• L’assemblage RC est alors soumis à une tension nulle, mais ceci n’équivaut à un générateur de f.e.m. nulle que si le courant est libre de circuler. Toutefois, on considère le cas où le condensateur est déchargé, ce qui implique un courant nul, donc le circuit avec l’interrupteur qui empêche le courant de circuler (en supportant EE ) revient au même qu’un circuit avec une f.e.m. nulle en l’absence d’interrupteur.
• Pour  t>0t>0  le circuit est soumis à la f.e.m. EE, ce qui équivaut au total à :  e(t)=Eh(t)e(t)=E \:h(t) .


2.b. • La loi des mailles s’écrit :  e(t)=Ri(t)+1C∫i(t)dt\displaystyle e(t)=R \:i(t)+\frac{1}{C}\, ∫ \,i(t) \:dt .


2.c. • Par sa définition sous forme d’intégrale, la transformée de Laplace est linéaire :

ℒ{f+g}=ℒ{f}+ℒ{g}ℒ \{f+g\}=ℒ \{f\}+ℒ \{g\}   et   ℒ{αf}=αℒ{f}ℒ \{α \:f\}=α \; ℒ \{f\} .
• Compte tenu de la question précédente, on en déduit :  ℰ(p)=Rℐ(p)+1C1pℐ(p)\displaystyle ℰ(p)=R \:ℐ(p)+\frac{1}{C} \frac{1}{p} \, ℐ(p) .
• Puisque :  ℰ(p)=ℒ{e(t)}=Eℒ{h(t)}=Ep\displaystyle ℰ(p)=ℒ \{e(t)\}=E \;ℒ \{h(t)\}=\frac{E}{p} ,  on en déduit :  ℐ(p)=ER.(p+1RC)\displaystyle ℐ(p)=\frac{E}{R.(p+\frac{1}{R \:C})} .  D’après la question précédente, on obtient :  i(t)=ERh(t)e−t/τ\displaystyle i(t)=\frac{E}{R} \, h(t) \;\mathrm{e}^{-t/τ}  avec  τ=RCτ=R \:C .


3.a. • La loi des mailles s’écrit :  e(t)=Ldi(t)dt+Ri(t)+1C∫i(t)dt\displaystyle e(t)=L \:\frac{di(t)}{dt}+R \:i(t)+\frac{1}{C} \, ∫ \,i(t) \:dt .


3.b. • On en déduit :  ℰ(p)=Lpℐ(p)+Rℐ(p)+1C1pℐ(p)\displaystyle ℰ(p)=L \:p \:ℐ(p)+R \:ℐ(p)+\frac{1}{C} \frac{1}{p}\, ℐ(p) .


3.c. • Puisque :  ℰ(p)=ℒ{e(t)}=Eℒ{h(t)}=Ep\displaystyle ℰ(p)=ℒ \{e(t)\}=E \:ℒ \{h(t)\}=\frac{E}{p} ,  on en déduit (en utilisant l’hypothèse de factorisation du polynôme caractéristique, comme indiqué par l’énoncé) :  ℐ(p)=EL.(p−ω′)(p−ω″)\displaystyle ℐ(p)=\frac{E}{L.(p-ω')(p-ω'')} .
• Ceci peut se décomposer en fractions rationnelles simples :  ℐ(p)=EL.(ω′−ω″)(1p−ω′−1p−ω″)\displaystyle ℐ(p)=\frac{E}{L.(ω'-ω'')} \: \left(\frac{1}{p-ω'}-\frac{1}{p-ω''}\right) .


3.d. • D’après la question précédente, on obtient :  i(t)=EL.(ω′−ω″)h(t)(e−ω′t−e−ω″t)\displaystyle i(t)=\frac{E}{L.(ω'-ω'')} \: h(t) \:(\mathrm{e}^{-ω' \,t}-\mathrm{e}^{-ω'' \,t}\, ) .
• Si les deux racines sont réelles, elles sont négatives (les coefficients du polynôme caractéristique indiquent deux racines de même signe dont la somme est négative) ; on obtient une somme de deux exponentielles décroissantes, ce qui correspond à un régime amorti apériodique.
• Si les deux racines sont complexes (conjuguées), leur partie réelle commune est négative ; on obtient le produit d’une exponentielle décroissante par une sinusoïde, ce qui correspond à un régime amorti pseudo-périodique.