我理解的拉普拉斯变换

可梦之

4 t  F  r/ }% v
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。

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？


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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：

! l- C  G7 l& R# z  K% d& V
; B9 N3 Z/ n: M# l; w3 f7 N! M4 Y9 \
2 x8 z" a- U. o! r) J" }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
( A; v- P. ]& _4 l- {
3 {; E* P4 H$ ?8 Y0 h/ J* b% l4 r

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。
$ j' ]# ], [% S9 x3 r
% D; [( U4 g5 [  P" q

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？
; c0 @4 ~1 _) c5 ?/ T+ G& C6 a
9 l6 b1 t  x; _9 ^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。

6 [' Z. p) {0 `- d8 t( U  T
9 q, p' U( C) Y
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。
7 A7 Z- D  a! f7 o5 O
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
: v) i6 `' ~: r+ T  A3 U- R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
/ I/ M, l' I$ V, L! C$ w6 ~高斯小时候提出的 只是等差数列求和公式吧？

, D# ]* u) Z' ~5 z9 d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