我理解的拉普拉斯变换

可梦之

0 o, ~. g) J! X! }最近工作需要，又重温了一下电路知识，对拉氏变换有了“新”的理解。

* l6 L1 d: F; B+ D众所周知，高斯小时候就原创了求和公式。求和公式就是将大量的加法运算变成了简单的乘法。换个思路看，天地自然宽。
0 l0 G5 F( l; ~1 u) A( o6 P
+ Y' Y$ e# y2 c3 X电路中很多微积分方程，如何解就很烦人。我们能否换一个工作域，将微积分变成我们熟悉的乘除法呢？

: D$ [8 D& N6 v0 E* Y" r9 }
3 n, J8 S7 S/ K& s4 I4 u; `
, c  K: y% f' z  n0 H. E翻开数学工具箱，复数看着靠谱。复数有三种表达方式，欧拉公式将其转成简单的指数表达方式：



( v, b! ]& F9 E; O& D不去管复数的具体含义，运算从实数转成复数后，乘除法变成了加减法，微积分变成乘除法



  P$ b4 }) o% f, Y$ L: J' V数转为复数域，那么函数呢？从上面我们看到指数很有用。哪个积分变换用到了指数呢？大名鼎鼎的傅里叶变换啊。不负众望，时域的微积分变成了频域的乘除法。



傅里叶变换有一个小问题，要求函数绝对可积，也就是积分是要有限的，否则搞出来都是无穷就没有意义了。但是电路中很多函数不满足这个条件，比如x^2。那怎么办呢？
; x6 q2 c! E9 x" j; F$ s# C" w
5 P% K/ l; T1 Z5 H) {拉普拉斯跳出来说，我可以把他变小啊。指数是增长/衰减最快的了。不管你函数多大，我给你乘上一个衰减因子e^-at，在t足够大的时候，都能给你拉下来，满足傅里叶条件了。
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* Q2 Y+ o4 f5 z% Z5 d7 v& A& z- v指数相乘可以合并为加法，a+jw不就是一个复数s吗？这样就成了大名鼎鼎的拉氏变换了。

0 e5 n7 U, x; Q) L+ i有了这些数学工具，我们可以将电路中的各种变量变成复数，方程转到复频域，这样微积分就变成了我们熟悉的多项式。做完操作再用逆拉普拉斯变换转回来就好了。

数值分析

高斯小时候提出的 只是等差数列求和公式吧？

colin1992

高手就是信手拈来
以前看卡文迪许扭秤、云室，感叹设计的巧妙，没想到数学也有这种操作

可梦之

数值分析 发表于 2023-9-27 12:05
高斯小时候提出的 只是等差数列求和公式吧？

$ m  V" ^  _5 u7 l8 ]* b* `对对对，1+...+100，本来想说高斯公式，但是高斯公式太多了

数值分析

又看了一遍，时域变频域的好处似乎应该加上卷积变乘法，在电路里输入卷积上冲激响应等于输出实在是太好用了。

可梦之

数值分析 发表于 2023-9-28 04:40
又看了一遍，时域变频域的好处似乎应该加上卷积变乘法，在电路里输入卷积上冲激响应等于输出实在是太好用了 ...

对，还有反着用的。频域乘法后逆拉氏变换不好算，可以用时域的卷积