爱吱声

标题: 我理解的拉普拉斯变换 [打印本页]

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作者: 可梦之    时间: 2023-9-27 11:25
标题: 我理解的拉普拉斯变换

2 X1 Z& g. U8 J5 t: r
) c6 q0 Z' g- [0 l1 s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。

- a8 ~: g* C$ C; S! l% K" Y1 _- m3 J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。

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？
2 G' E+ y- q4 f; u# g3 ~% j0 d* b" t

; D# p, n# F& X/ y: L& v: `
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：

# [) Q$ B$ L2 y4 }$ t* K$ k, h4 U5 }0 S

3 z$ h/ |$ K  `& S1 s# l6 G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

+ R/ D6 S2 b- U1 R$ L

! S! ~2 X7 b! W6 z: L$ @) S+ P7 |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。

1 _4 V4 H3 r+ ]' V- Y) r' ^

7 u! |$ D; s+ ~" l# Y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？
8 \2 l( O8 y8 ]+ @9 f; X
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。
0 A; n. G- S( m, e  b. w
( i9 }8 _9 |, }+ e6 m# V/ z

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。
/ b; F- L: v) O; \+ g* H
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。

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

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作者: colin1992    时间: 2023-9-27 12:06
高手就是信手拈来
0 O. Y% d* p, q+ ^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

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作者: 可梦之    时间: 2023-9-27 13:20

数值分析 发表于 2023-9-27 12:05
4 c* X( U+ ~, ^高斯小时候提出的 只是等差数列求和公式吧？

对对对，1+...+100，本来想说高斯公式，但是高斯公式太多了

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作者: 数值分析    时间: 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。

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作者: 可梦之    时间: 2023-9-28 08:43

数值分析 发表于 2023-9-28 04:40
9 n) n3 ?% e- p2 p- a: y" H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

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