<?xml version="1.0" encoding="utf-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE document PUBLIC "-//CNX//DTD CNXML 0.5 plus MathML//EN" "http://cnx.rice.edu/cnxml/0.5/DTD/cnxml_mathml.dtd">
<document xmlns="http://cnx.rice.edu/cnxml" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="m2107">
  
  <name>Time Domain State and Output Equations</name>
  
  <metadata>
  <md:version>2.9</md:version>
  <md:created>2001/02/12</md:created>
  <md:revised>2002/10/24</md:revised>
  <md:authorlist>
    <md:author id="aca">
      <md:firstname>Thanos</md:firstname>
      
      <md:surname>Antoulas</md:surname>
      <md:email>aca@rice.edu</md:email>
    </md:author>
    <md:author id="jps">
      <md:firstname>John</md:firstname>
      <md:othername>Paul</md:othername>
      <md:surname>Slavinsky</md:surname>
      <md:email>jps@alumni.rice.edu</md:email>
    </md:author>
  </md:authorlist>

  <md:maintainerlist>
    <md:maintainer id="lizychan">
      <md:firstname>Elizabeth</md:firstname>
      
      <md:surname>Chan</md:surname>
      <md:email>lizychan@rice.edu</md:email>
    </md:maintainer>
    <md:maintainer id="aca">
      <md:firstname>Thanos</md:firstname>
      
      <md:surname>Antoulas</md:surname>
      <md:email>aca@rice.edu</md:email>
    </md:maintainer>
    <md:maintainer id="jps">
      <md:firstname>John</md:firstname>
      <md:othername>Paul</md:othername>
      <md:surname>Slavinsky</md:surname>
      <md:email>jps@alumni.rice.edu</md:email>
    </md:maintainer>
  </md:maintainerlist>
  
  <md:keywordlist>
    <md:keyword>state equation</md:keyword>
    <md:keyword>output equation</md:keyword>
    <md:keyword>time domain</md:keyword>
    <md:keyword>convolution</md:keyword>
  </md:keywordlist>

  <md:abstract>Time Domain State and Output Equation stuff</md:abstract>
</metadata>

  
  <!-- End Header ******************************* -->
  <!-- ****************************************** -->
  
  <content>
    <para id="p0"> <note><m:math><m:ci type="fn">x</m:ci></m:math> and <m:math><m:ci type="fn">u</m:ci></m:math> 
      are functions of time, and the notation
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:diff/>
	  <m:bvar><m:ci>t</m:ci><m:degree><m:cn>1</m:cn></m:degree></m:bvar>
	    <m:ci type="fn">x</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>
      <emphasis>implies</emphasis>
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:diff/>
	  <m:bvar><m:ci>t</m:ci><m:degree><m:cn>1</m:cn></m:degree></m:bvar>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">x</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>.
    </note></para>
    
    <para id="p1">Given the state equations and output equations</para>
    
    <equation id="eqeq1">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:diff/>
	    <m:bvar><m:ci>t</m:ci><m:degree><m:cn>1</m:cn></m:degree></m:bvar>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">x</m:ci>
	      <m:ci>t</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:plus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci type="matrix">A</m:ci>
	      <m:ci>x</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci type="matrix">B</m:ci>
	      <m:ci>u</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
    <equation id="eqeq2">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:ci>y</m:ci>
	  <m:apply>
	    <m:plus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci type="matrix">C</m:ci>
	      <m:ci>x</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci type="matrix">D</m:ci>
	      <m:ci>u</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>

    <para id="p2">we would like to be able to find solutions for <m:math><m:ci>x</m:ci></m:math> and
      <m:math><m:ci>y</m:ci></m:math> in terms of the initial state of the system and the system's
      input.  To find such solutions, we begin with an examination of
      a scalar (<m:math><m:apply><m:eq/><m:ci>n</m:ci><m:cn>1</m:cn></m:apply></m:math>, <m:math><m:apply><m:eq/><m:ci>m</m:ci><m:cn>1</m:cn></m:apply></m:math>) 
      state equation:</para>
    
    <equation id="eqeq3">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:diff/>
	    <m:bvar><m:ci>t</m:ci><m:degree><m:cn>1</m:cn></m:degree></m:bvar>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">x</m:ci>
	      <m:ci>t</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:plus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci>a</m:ci>
	      <m:ci>x</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci>b</m:ci>
	      <m:ci>u</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
    <para id="p3">If we looked at a special case of this equation, one
      where the input <m:math><m:ci>u</m:ci></m:math> was <m:math><m:cn>0</m:cn></m:math>, 
      we'd have
      <m:math>
	<m:apply>
	<m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:diff/>
	    <m:bvar><m:ci>t</m:ci><m:degree><m:cn>1</m:cn></m:degree></m:bvar>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">x</m:ci>
	      <m:ci>t</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:ci>a</m:ci>
	    <m:ci>x</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>.
      We've seen this many times before; to solve this, we need a
      function whose derivative is directly proportional to itself.
      This function is the exponential function.  Therefore, in
      solving the more general case presented by the <cnxn strength="5" target="eqeq3">state equation</cnxn>, we expect that the exponential function will also come into play.</para>
    
    <para id="p4">Starting with the <cnxn strength="5" target="eqeq3">state equation</cnxn>, we can collect like terms, multiply through by
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:exp/>
	  <m:apply>
	    <m:minus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci>a</m:ci>
	      <m:ci>t</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  
	</m:apply>
      </m:math>,
      and rewrite the left-hand side of the <cnxn strength="5" target="eqeq4">derivative equation</cnxn> in terms of the
      derivative.  (We take this last step after noticing that the
      left-hand side of the <cnxn strength="5" target="eqeq4">derivation equation</cnxn> looks like the derivative product rule has already been applied to it.)</para>

    <equation id="eqeq4">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:minus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>a</m:ci>
		    <m:ci>t</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:diff/>
		<m:bvar><m:ci>t</m:ci><m:degree><m:cn>1</m:cn></m:degree></m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">x</m:ci>
		  <m:ci>t</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci>a</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>a</m:ci>
		    <m:ci>t</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
            <m:apply> 
	      <m:ci type="fn">x</m:ci>
	      <m:ci>t</m:ci>
	    </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:ci>b</m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:exp/>
	      <m:apply>
		<m:minus/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:ci>a</m:ci>
		  <m:ci>t</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	    <m:ci type="fn">u</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
    <equation id="eqeq5">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:diff/>
	    <m:bvar><m:ci>t</m:ci><m:degree><m:cn>1</m:cn></m:degree></m:bvar>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>a</m:ci>
		    <m:ci>t</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">x</m:ci>
		<m:ci>t</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:apply>
	      <m:exp/>
	      <m:apply>
		<m:minus/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:ci>a</m:ci>
		  <m:ci>t</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:ci>b</m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:ci>u</m:ci>
	      <m:ci>t</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
    <para id="p5">Since we are searching for
      <m:math><m:apply><m:ci type="fn">x</m:ci><m:ci>t</m:ci></m:apply></m:math>
      instead of its derivative, we will integrate both sides from
      <m:math><m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci></m:math>
      to <m:math><m:ci>t</m:ci></m:math>. 
    </para>
    
    <equation id="eqeq6">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:int/>
	    <m:bvar><m:ci>t</m:ci></m:bvar>
	    <m:lowlimit><m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci></m:lowlimit>
	    <m:uplimit><m:ci>t</m:ci></m:uplimit>
	    <m:apply>
	      <m:diff/>
	      <m:bvar><m:ci>t</m:ci><m:degree><m:cn>1</m:cn></m:degree></m:bvar>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:exp/>
		  <m:apply>
		    <m:minus/>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:ci>a</m:ci>
		      <m:ci>t</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">x</m:ci>
		  <m:ci>t</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:int/>
	    <m:bvar><m:ci>t</m:ci></m:bvar>
	    <m:lowlimit><m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci></m:lowlimit>
	    <m:uplimit><m:ci>t</m:ci></m:uplimit>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>a</m:ci>
		    <m:ci>t</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:ci>b</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">u</m:ci>
		<m:ci>t</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
    
    <para id="p6">In the left-hand side of this equation, the integral and the derivative counteract each other and we are left with the difference of the function
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:times/>
	  <m:apply>
	    <m:exp/>
	    <m:apply>
	      <m:minus/>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:ci>a</m:ci>
		<m:ci>t</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">x</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
      evaluated at the upper and lower integration limits.  To avoid
      confusion, the variable of integration will be changed from <m:math><m:ci>t</m:ci></m:math>
      (which is now a constant limit in the integral) to <m:math><m:ci>τ</m:ci></m:math>. </para>
    
    <equation id="eqeq7">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:minus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>a</m:ci>
		    <m:ci>t</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">x</m:ci>
		<m:ci>t</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>a</m:ci>
		    <m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">x</m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:int/>
	    <m:bvar><m:ci>τ</m:ci></m:bvar>
	    <m:lowlimit><m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci></m:lowlimit>
	    <m:uplimit><m:ci>t</m:ci></m:uplimit>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>a</m:ci>
		    <m:ci>τ</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:ci>b</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">u</m:ci>
		<m:ci>τ</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
    <para id="p7">We now move the
      <m:math><m:apply><m:ci type="fn">x</m:ci><m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci></m:apply></m:math>
      term to the other side and divide through by
      <m:math><m:apply><m:exp/><m:apply><m:minus/><m:apply><m:times/><m:ci>a</m:ci><m:ci>t</m:ci></m:apply></m:apply></m:apply></m:math>.
      This leaves us with a solution for the state variable
      <m:math><m:apply><m:ci type="fn">x</m:ci><m:ci>t</m:ci></m:apply></m:math>
      in the scalar case:</para>
    
    <equation id="eqeq8">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">x</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:plus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:ci>a</m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:minus/>
		    <m:ci>t</m:ci>
		    <m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">x</m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:int/>
	      <m:bvar><m:ci>τ</m:ci></m:bvar>
	      <m:lowlimit><m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci></m:lowlimit>
	      <m:uplimit><m:ci>t</m:ci></m:uplimit>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:exp/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>a</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:ci>t</m:ci>
		      <m:ci>τ</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:ci>b</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">u</m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
    
    <para id="p8">What happens if we let
      <m:math><m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci></m:math>
      go to <m:math><m:apply><m:minus/><m:ci>∞</m:ci></m:apply></m:math>?
      The first term on the right-hand side will go to zero since
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply><m:ci type="fn">x</m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:minus/>
	      <m:infinity/>
	      </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:cn>0</m:cn>
	</m:apply>
      </m:math>.
      Then, if we say that
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply><m:ci type="fn">h</m:ci><m:ci>t</m:ci></m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:apply>
	      <m:exp/>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:ci>a</m:ci>
		<m:ci>t</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:ci>b</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>,
      the second term can be rewritten as</para>
    
    <equation id="eqeq10">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:int/>
	  <m:bvar><m:ci>τ</m:ci></m:bvar>
	  <m:lowlimit>
	    <m:apply>
	      <m:minus/>
	      <m:infinity/>
	    </m:apply>
	  </m:lowlimit>
	  <m:uplimit><m:ci>t</m:ci></m:uplimit>
	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">h</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:minus/>
		<m:ci>t</m:ci>
		<m:ci>τ</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">u</m:ci>
	      <m:ci>τ</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
    <para id="p9">This is the convolution equation <m:math><m:apply><m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/><m:ci>h</m:ci><m:ci>u</m:ci></m:apply></m:math>.
    </para>
    
    <para id="p10">For the scalar case, the solution to the output equation
      <m:math><m:apply><m:ci type="fn">y</m:ci><m:ci>t</m:ci></m:apply></m:math>
      has the same basic form as the solution to the state equation:</para>
    
    <equation id="eqeq11">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">y</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:plus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci>c</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:ci>a</m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:minus/>
		    <m:ci>t</m:ci>
		    <m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">x</m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:int/>
	      <m:bvar><m:ci>τ</m:ci></m:bvar>
	      <m:lowlimit><m:ci><m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci></m:lowlimit>
	      <m:uplimit><m:ci>t</m:ci></m:uplimit>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:ci>c</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:exp/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>a</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:ci>t</m:ci>
		      <m:ci>τ</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:ci>b</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">u</m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:mo>ⅆ</m:mo>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">u</m:ci>
		<m:ci>t</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
    <para id="p11">Again, we can see the convolution in the second term.</para>
    
    <para id="p12">The general matrix forms of the solutions for the
      state and output equations follow the same pattern.  The only
      differences are that we use the matrix exponential instead of
      the scalar exponential, and that we use the matrices 
<m:math><m:ci type="matrix">A</m:ci></m:math>,
<m:math><m:ci type="matrix">B</m:ci></m:math>,
<m:math><m:ci type="matrix">C</m:ci></m:math>, and
<m:math><m:ci type="matrix">D</m:ci></m:math>
 instead of the scalars 
<m:math><m:ci>a</m:ci></m:math>,
<m:math><m:ci>b</m:ci></m:math>,
<m:math><m:ci>c</m:ci></m:math>, and
<m:math><m:ci>d</m:ci></m:math>.</para>
    
    <equation id="eqeq12">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">x</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:plus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:ci type="matrix">A</m:ci>
		  <m:ci>t</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">x</m:ci>
		<m:cn>0</m:cn>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:int/>
	      <m:bvar><m:ci>τ</m:ci></m:bvar>
	      <m:lowlimit><m:cn>0</m:cn></m:lowlimit>
	      <m:uplimit><m:ci>t</m:ci></m:uplimit>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:exp/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci type="matrix">A</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:ci>t</m:ci>
		      <m:ci>τ</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:ci type="matrix">B</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">u</m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    

    <equation id="eqeq13">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">y</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:plus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci type="matrix">C</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:ci type="matrix">A</m:ci>
		  <m:ci>t</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">x</m:ci>
		<m:cn>0</m:cn>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:int/>
	      <m:bvar><m:ci>τ</m:ci></m:bvar>
	      <m:lowlimit><m:cn>0</m:cn></m:lowlimit>
	      <m:uplimit><m:ci>t</m:ci></m:uplimit>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:ci type="matrix">C</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:exp/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci type="matrix">A</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:ci>t</m:ci>
		      <m:ci>τ</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:ci type="matrix">B</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">u</m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci type="matrix">D</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">u</m:ci>
		<m:ci>t</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
    <para id="p13">The convolution term is easy to see in the solution for
      <m:math><m:apply><m:ci type="fn">x</m:ci><m:ci>t</m:ci></m:apply></m:math>.
      However, it takes a little regrouping to find it in the solution for
      <m:math><m:apply><m:ci type="fn">y</m:ci><m:ci>t</m:ci></m:apply></m:math>.
      If we pull the <m:math><m:ci type="matrix">D</m:ci></m:math> 
matrix into the integral (by multiplying it by the impulse function,
      <m:math><m:ci>δ</m:ci></m:math>, 
      we once again have the integral of a function of
      <m:math><m:apply><m:minus/><m:ci>t</m:ci><m:ci>τ</m:ci></m:apply></m:math>
      being multiplied by the input (convolution).</para>
    
    <equation id="eqeq14">
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">y</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:plus/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci type="matrix">C</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:exp/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:ci type="matrix">A</m:ci>
		  <m:ci>t</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">x</m:ci>
		<m:cn>0</m:cn>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:int/>
	      <m:bvar><m:ci>τ</m:ci></m:bvar>
	      <m:lowlimit><m:cn>0</m:cn></m:lowlimit>
	      <m:uplimit><m:ci>t</m:ci></m:uplimit>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:plus/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci type="matrix">C</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:exp/>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:ci type="matrix">A</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:minus/>
			  <m:ci>t</m:ci>
			  <m:ci>τ</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		    <m:ci type="matrix">B</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci type="matrix">D</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">δ</m:ci>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:ci>t</m:ci>
			<m:ci>τ</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">u</m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </equation>
    
  </content>
  
</document>
