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2.1 拉普拉斯变换的性质

接下来,我们回顾拉普拉斯变换的一些可以简化计算的性质。第一个性质是对拉普拉斯变量 s 的微分。

性质1

L { f t )}= F s )对于Re{ s }> σ

那么

证明

所以

作为这个性质的一个例子,我们展示如何获得任意 n t n / n !的拉普拉斯变换。

例5

在前面的例子中已有

因此

我们对

两边的 s 进行微分,有

或者

类似地,对于任意的 n =0,1,2,…,都有

例6

我们在之前的例子中可知

根据式(2.8)我们可以得到

性质2 L {e αt f t )}= F s-α

L { f t )}= F s )对于Re{ s }> σ

证明

例7 f t )=cos( ωt

已知

可得

性质3

L { f t )}= F s )对于Re{ s }> σ

证明 根据拉普拉斯变换的定义可得

接下来用分部积分法,令

u =e -st ,d v = f ′( t )d t

并且

d u = -s e -st d t v = f t

于是

对于Re{ s }> σ ,存在 f t )的拉普拉斯变换,使 对于Re{ s }> σ 成立 [1] 。因此最后一个方程变为

例8 f t )=cos( ωt

f t )=cos( ωt )和它的导数分别为

f t )=cos( ωt

f ′( t )= sin( ωt

对于Re{ s }>0, f t )和 f ′( t )的拉普拉斯变换都存在。于是利用

L { f ′( t )}= sL { f t )} - f (0)

我们可以得到

或者,经过整理可以得到

例9 解微分方程 考虑一阶微分方程

其中,输入 u s 是阶跃输入,并且

X s )≜ L { x t )}

我们有

并且

对微分方程两边同时做拉普拉斯变换,可得到

继而

X s )提到公式左侧,可以得到

化简得

为了解出 x t ),我们需要计算

第二个方程后面是部分分式展开,这涉及下一节的内容。 FJp+dPml/qqrMJLRW9h1d9L2rKtxkuXmuziK+xur8fXX/IqP+xunTp+UtMue9cBn

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