我理解的拉普拉斯变换

可梦之

: l/ k: s: f8 J/ i% t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。
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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。
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8 e5 f  x" ?. I4 d7 g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？



' Z0 \: j% d" n, |1 N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：


4 W  m  E9 ?2 w& }" C  \7 h
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


2 T, J; f" R8 O; O- F+ ~+ q5 B
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。
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- }# {4 q+ W4 {, d: S0 ~3 c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？

) a. S5 h0 o9 o3 B! e( Y; X7 L3 Z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。


* @$ T. {( w4 ]9 q( Z+ a; {
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。
; K0 _' s2 {) m2 e% b( E; q( M; |4 d/ E
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
& ?+ X" u; U. [" y3 [7 p高斯小时候提出的 只是等差数列求和公式吧？

( x# E8 R# W* [* }% I. ]" U0 W( v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 ...

- V' x) a- X8 r  |, O5 F9 u0 V) F+ J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