我理解的拉普拉斯变换

可梦之

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。
+ i5 a$ ]- `# K$ j5 X4 `4 R
" r" ~9 o$ o$ h* O# }# K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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% x; o4 N9 e/ Z6 }! W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？

8 o4 B2 `  M$ u- f
3 v' d5 ^+ r- I, M
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：
- g1 K( F, h7 ~; }4 i6 Z

; E' U* B+ E8 A7 {' U: {1 F
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

9 t7 l& f! H" z+ K7 N$ w

: t; e- H4 a1 C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。
2 [0 x' D! [4 l9 |- l( U
& Z. W6 v! j2 p6 E' C0 E. w
1 U0 w$ t# }; G+ p( T( U, h1 X% q
7 C# n7 u' ]  \. @/ G1 s6 h4 i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？
$ n+ ]# j2 }+ I# N
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。
8 v5 G; `: F+ g/ v* x
" V7 k2 X5 B- o; D; l2 B7 c$ z
; x( q8 F; h4 W7 O! @$ |* E
7 D/ w' P7 Q! Q+ n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。

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？

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
! t/ `) c0 _/ y& i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