Laplace-transzformáció
A matematika , a Laplace transzformáció egy szerves átalakulás , vagyis a művelet tömörítő függvény ƒ (amelyeket pozitív valós számok és a valós érték) egy új funkció az úgynevezett Laplace-transzformáció a ƒ (hagyományosan jelöljük F és meghatározott és a komplex értékek ) , integrálon keresztül .
Megjegyzés: hagyományosan t jelöljük a ƒ általános paraméterét (így képezzük ƒ ( t )), míg inkább az F átalakításának p- jét jelöljük (ezért F ( p ) -et írunk ).
A Laplace-transzformáció injektív, és számítással (vagy táblázatok segítségével) meg lehet fordítani az átalakítást. A Laplace-transzformáció nagy előnye, hogy az eredeti ƒ ( t ) függvény leggyakoribb műveletei , mint például a deriválás vagy a t változó fordítása , egy (még) egyszerűbb fordítással rendelkeznek az F ( p ) transzformáción . Így :
- a ƒ '( t ) származék Laplace-transzformációja egyszerűen p F ( p ) - ƒ (0 - );
- a ƒ ( t - τ) (transzláció) függvény transzformációja egyszerűen e - p τ F ( p ).
Ezt az átalakulást először a Laplace által 1774-ben használt formához közeli formában vezették be a valószínűségelmélet keretein belül .
A Laplace-transzformáció általánosítja a Fourier-transzformációt, amelyet a differenciálegyenletek megoldására is használnak : ez utóbbitól eltérően figyelembe veszi a kiindulási feltételeket, és így felhasználható a mechanikus rezgések elméletében vagy az elektromosságban a kényszerű rendszerek tanulmányozása során. az átmeneti rendszer. Összefog minden olyan függvény számára, amelyek egy exponenciállal súlyozva elfogadják a Fourier-transzformációt; következésképpen a Fourier-transzformációt befogadó függvények mind elismerik a Laplace-transzformációt, de fordítva nem igaz. Általában a levezetéshez kapcsolódó tulajdonságai lehetővé teszik bizonyos differenciálegyenletek egyszerűbb kezelését, ezért széles körben használják az automatikus alkalmazásban .
Az ilyen típusú elemzés során a Laplace-transzformációt gyakran úgy értelmezik, mint egy átmenetet az időtartományból , amelyben a be- és kimenetek az idő függvényei, a frekvenciatartományba , amelyben ugyanazok a bemenetek és kimenetek a "frekvencia" függvényei. (komplex) p . Így; egyszerűen elemezni lehet a rendszer hatását a bemenetre, hogy a kimenetet egyszerű algebrai műveletek alapján adjuk meg (vö. az átviteli függvények elmélete az elektronikában vagy a mechanikában).
Meghatározás
A matematika , különösen a funkcionális elemzés , a transzformáltja Laplace egyoldali egy funkciót ƒ (esetleg széles körben elterjedt, mint például a „ Dirac funkció ”) egy valós változó t , a pozitív támogatást , a F funkció a változó komplex p , által meghatározott:
F(o)=L{f}(o)=∫0-+∞e-otf(t)dt.{\ displaystyle \ mathrm {F} (p) = {\ mathcal {L}} \ {f \} (p) = \ int _ {0 ^ {-}} ^ {+ \ infty} {\ rm {e} } ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t.}![{\ displaystyle \ mathrm {F} (p) = {\ mathcal {L}} \ {f \} (p) = \ int _ {0 ^ {-}} ^ {+ \ infty} {\ rm {e} } ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/db75691a2edf7c726d9df546d573b3b1aabee856)
Pontosabban, ez a képlet akkor érvényes, ha:
-
Re ( p )> α , ahol α a konvergencia-abszcissza (az alábbiakban definiálva), –∞ ≤ α ≤ + ∞ ;
- és ƒ egy lokálisan integrálható függvény , pozitív támogatással, azaz nulla az I = [0, + ∞ [[0, + ∞ [] intervallumon kívül , vagy általánosabban az eloszlások „ magja ”, amelyet az I = [ 0, + ∞ [ amelynek korlátozása az I komplementerre ebben a környéken korlátlanul differenciálható függvény (lásd Laplace kétoldalú transzformációjának cikkét ).
Ez egy ilyen csíra, amelyet itt a nyelvvel való visszaélésnek neveznek, általános támogatott funkció pozitív támogatással, és ezekre az általánosított funkciókra a Laplace transzformációja injektív módon alkalmazható.
Az α konvergencia abszcissza a következőképpen definiálható:
vagy valós-β esetén . Ekkor
α a β B halmazának alsó határa, amelynek ƒ β edzett eloszlás (tehát
α = + ∞, ha B üres).
fβ:t↦e-βtf(t){\ displaystyle f _ {\ beta}: t \ mapsto {\ rm {e}} ^ {- \ beta t} f \ bal (t \ jobb)}
R¯{\ displaystyle {\ overline {\ mathbb {R}}}}![\ overline {\ mathbb {R}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c62ecdf73d36e9d05a018732fd5f51db73d0c55b)
A „ Dirac funkció ” ilyen jellegű. A Laplace-transzformáció ér 1 abszcissza konvergencia -∞ .
Ennek az átalakításnak a tulajdonságai nagy hasznát adják a lineáris dinamikai rendszerek elemzésének . A legérdekesebb ezek közül a tulajdonságok közül az, hogy az integrációt és a levezetést p-vel osztássá és szorzattá alakítják át , ugyanúgy, ahogy a logaritmus a szorzást összeadássá alakítja. Így lehetővé teszi a lineáris differenciálegyenletek állandó együtthatóval történő felbontásának csökkentését affin egyenletek felbontására (amelyek megoldásai p racionális függvényei ).
A Laplace-transzformációt a mérnökök széles körben használják differenciálegyenletek megoldására és egy lineáris rendszer átviteli függvényének meghatározására . Például az elektronikában , ellentétben a Fourier-bontással, amelyet egy periodikus vagy akármelyik jel spektrumának meghatározására használnak , figyelembe veszi az állandó rendszert megelőző átmeneti rezsim létezését (példa: az alak alakjának figyelembevétele) a jel frekvenciagenerátor bekapcsolása előtt és után).
Elég, ha a differenciálegyenletet átültetjük a Laplace tartományba, hogy sokkal könnyebben kezelhető egyenletet kapjunk.
Például az egyenáramú gép tanulmányozása során:
e(t)=R⋅én(t)+Ldén(t)dt{\ displaystyle e (t) = \ mathrm {R} \ cdot i (t) + \ mathrm {L} {\ frac {\ mathrm {d} i (t)} {\ mathrm {d} t}}}![e (t) = {\ mathrm {R}} \ cdot i (t) + {\ mathrm {L}} {\ frac {{{\ \ mathrm {d}} i (t)} {{\ mathrm {d} } t}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5f93917bef1f266ebc32421e3149b5ed22a879cc)
a frekvenciatartományban válik
E(o)=R⋅én(o)+o⋅L⋅én(o){\ displaystyle \ mathrm {E} (p) = \ mathrm {R} \ cdot \ mathrm {I} (p) + p \ cdot \ mathrm {L} \ cdot \ mathrm {I} (p)}![{\ mathrm {E}} (p) = {\ mathrm {R}} \ cdot {\ mathrm {I}} (p) + p \ cdot {\ mathrm {L}} \ cdot {\ mathrm {I}} p)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4d252e589261a29bce463a214a587ad587375e81)
Laplace területén. Ez csak nulla kezdeti feltétel esetén érvényes: i (0) = 0 .
Itt használtuk a Laplace-transzformáció tulajdonságait, amelyeket az alábbiakban ismertetünk.
Megjegyzés: az „ s ” jelölést (Laplace változó) gyakran használják az angolszász országokban, míg a „ p ” jelölést különösen Franciaországban és Németországban használják.
A fentiekkel megegyező feltételek mellett meghatározzuk a Laplace- Carson- transzformációt is :
ϕ(o)=o∫0-+∞e-otf(t)dt{\ displaystyle \ phi (p) = p \ int _ {0 ^ {-}} ^ {+ \ infty} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t }![\ phi (p) = p \ int _ {{0 ^ {-}}} ^ {{+ \ infty}} {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} f (t) \, { \ mathrm {d}} t](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f65063317ac317b04ba9c6d030ac9b5cca92a163)
amely lehetővé teszi egy képfüggvény társítását egy változó bármely funkciójával .
t↦f(t){\ displaystyle t \ mapsto f (t)}
o↦ϕ(o){\ displaystyle p \ mapsto \ phi (p)}![p \ mapsto \ phi (p)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/26c99645aefbae154f714ea165e3159535f7ae86)
Ezt az átalakítást néhány mérnök használja, mert:
- a [0, + ∞ [ feletti állandó állandója megegyezik a képével;
- egyes esetekben a mátrix- és a tenzorszámításban könnyebben használható.
Inverzió
A Laplace-transzformáció inverzióját a komplex sík integráljának segítségével hajtjuk végre. A maradék tétel használatával bebizonyítjuk a Bromwich - Mellin képletet :
f(t)=L-1{F}(t)=12πén∫γ-én⋅∞γ+én⋅∞eotF(o)do,{\ displaystyle f (t) = {\ mathcal {L}} ^ {- 1} \ {\ mathrm {F} \} (t) = {\ frac {1} {2 \ pi {\ rm {i}} }} \ int _ {\ gamma - {\ rm {i}} \ cdot \ infty} ^ {\ gamma + {\ rm {i}} \ cdot \ infty} {\ rm {e}} ^ {pt} \ mathrm {F} (p) \, {\ rm {d}} p,}![{\ displaystyle f (t) = {\ mathcal {L}} ^ {- 1} \ {\ mathrm {F} \} (t) = {\ frac {1} {2 \ pi {\ rm {i}} }} \ int _ {\ gamma - {\ rm {i}} \ cdot \ infty} ^ {\ gamma + {\ rm {i}} \ cdot \ infty} {\ rm {e}} ^ {pt} \ mathrm {F} (p) \, {\ rm {d}} p,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e04dbfd240816e2e1b2b9c739eb8bf38769cc566)
ahol γ úgy van megválasztva, hogy:
- az integrál konvergens, ami azt jelenti, hogy γ nagyobb, mint bármely F ( p ) szingularitás valós része ;
- és hogy a végtelenben, | F ( p ) | legalább olyan gyorsan közelít a 0-hoz, mint .1|o|2{\ displaystyle {\ dfrac {1} {\ vert p \ vert ^ {2}}}}
![{\ dfrac 1 {\ vert p \ vert ^ {2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/21026cbbc12d58f106a156933cb4ef4d26f1ecb1)
Ha ez az utolsó feltétel nem teljesül, a fenti képlet továbbra is használható, ha van olyan n egész szám , amely:
| p - n F ( p ) | olyan gyorsan 0-ra hajlamos, mint
1|o|2{\ displaystyle {\ dfrac {1} {\ vert p \ vert ^ {2}}}}
azaz amikor:
mert | p | a végtelenségig hajlamos, | F ( p ) | polinom határolja | p |.
Ha a fenti integrálban F ( p ) -et p - n F ( p ) -re cseréljük , az egyenlőség bal oldalán találunk egy pozitív támogatást tartalmazó általánosított függvényt, amelynek n rendű deriváltja (az eloszlások értelmében) az általánosított függvény (szintén pozitív támogatással) keresték.
A gyakorlatban azonban a Bromwich-Mellin képletet kevesen használják, és a Laplace-transzformációk inverzjeit a Laplace-transzformációs táblázatokból számítják ki.
Tulajdonságok
A Laplace-transzformáció lineáris, vagyis bármi legyen is az f , g, valamint két a és b komplex szám :
L{nál nélf+bg}=nál nélL{f}+bL{g}{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {af + bg \ right \} = a \, {\ mathcal {L}} \ bal \ {f \ right \} + b \, {\ mathcal {L }} \ bal \ {g \ jobb \}}![{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {af + bg \ right \} = a \, {\ mathcal {L}} \ bal \ {f \ right \} + b \, {\ mathcal {L }} \ bal \ {g \ jobb \}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e5d2a6742adc0ce6e4644d8feabbacc3cd667094)
.
Ez a linearitás nyilvánvalóan az integráléból következik.
Ha folytonos és ha a nem megfelelő integrál konvergál, akkor minden valós számra jól definiálható, és folyamatosan be van kapcsolva . Különösen ,.
f:R+→VS{\ displaystyle f: \ mathbb {R} _ {+} \ to \ mathbb {C}}
∫0∞f{\ displaystyle \ int _ {0} ^ {\ infty} f}
Lf(x){\ displaystyle {\ mathcal {L}} f (x)}
x≥0{\ displaystyle x \ geq 0}
Lf{\ displaystyle {\ mathcal {L}} f}
R+{\ displaystyle \ mathbb {R} _ {+}}
∫0∞f=lim0+Lf{\ displaystyle \ int _ {0} ^ {\ infty} f = \ lim _ {0 ^ {+}} {\ mathcal {L}} f}![{\ displaystyle \ int _ {0} ^ {\ infty} f = \ lim _ {0 ^ {+}} {\ mathcal {L}} f}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7eac390826dd28edead23613565f409813451b44)
Sőt, Abel-szabály érvényes itt egységesen képest x .
A Laplace-transzformáció a jelentése Holomorf és származéka, n -edik jelentése ( lásd infra ).
F(o)=L{f(t)}{\ displaystyle \ mathrm {F} (p) = {\ mathcal {L}} \ {f (t) \}}
f{\ displaystyle f}
F(nem)(o)=(-1)nemL{tnemf(t)}{\ displaystyle \ mathrm {F} ^ {(n)} (p) = (- 1) ^ {n} {\ mathcal {L}} \ {t ^ {n} f (t) \}}![{\ displaystyle \ mathrm {F} ^ {(n)} (p) = (- 1) ^ {n} {\ mathcal {L}} \ {t ^ {n} f (t) \}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/85c4c8775e1ba9c9771c90704be009a073cb62e0)
Származék Laplace-transzformációja
Az f deriváltjára alkalmazva a Laplace-transzformáció egy additív konstansig megfelel a transzformáció p-vel való szorzásának :
f′{\ displaystyle f '}![f '](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/258eaada38956fb69b8cb1a2eef46bcb97d3126b)
L{f′}=oL{f}-f(0-){\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f '\} = p {\ mathcal {L}} \ {f \} - f (0 ^ {-})}![{\ mathcal {L}} \ {f '\} = p {\ mathcal {L}} \ {f \} - f (0 ^ {-})](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f13d647f1b2be5d3168205da15ae4dfa2c947d45)
.
Demonstráció
Vagy kiszámításához:
L{f′}=∫0-∞e-otf′(t)dt.{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f '\} = \ int _ {0 ^ {-}} ^ {\ infty} {\ rm {e}} ^ {- pt} f' (t) \ , {\ rm {d}} t.}![{\ mathcal {L}} \ {f '\} = \ int _ {{0 ^ {-}}} ^ {{\ infty}} {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} f '(t) \, {{\ rm {d}}} t.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f2a055fcf38876b305c91af98a64d6c5c5f1157e)
Azáltal integráló részekkel , kapjuk:
L{f′}=[e-otf(t)]0-∞+o∫0-∞e-otf(t)dt,{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f '\} = \ balra [{\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \ jobbra] _ {0 ^ {-}} ^ {\ infty} + p \ int _ {0 ^ {-}} ^ {\ infty} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, {\ rm {d}} t,}![{\ mathcal {L}} \ {f '\} = \ balra [{{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} f (t) \ jobbra] _ {{0 ^ {-}}} ^ {\ infty} + p \ int _ {{0 ^ {-}}} ^ {{\ infty}} {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} f (t) \, {{ \ rm {d}}} t,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/79409cb447f6f0aa4738af6b6046ddad945e90cb)
vagy végül: L{f′}=oL{f}-f(0-).{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f '\} = p {\ mathcal {L}} \ {f \} - f (0 ^ {-}).}
Lépésről lépésre vagy megismétlődéssel lehet megmutatni egymást követő levezetések esetén:
L{f′}=oL{f}-f(0-){\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f '\} = p {\ mathcal {L}} \ {f \} - f (0 ^ {-})}
L{f″}=o2L{f}-of(0-)-f′(0-){\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f '' \} = p ^ {2} {\ mathcal {L}} \ {f \} - pf (0 ^ {-}) - f '(0 ^ {-})}
L{f(nem)}=onemL{f}-onem-1f(0-)-⋯-f(nem-1)(0-){\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {f ^ {(n)} \ right \} = p ^ {n} {\ mathcal {L}} \ {f \} - p ^ {n-1 } f (0 ^ {-}) - \ cdots -f ^ {(n-1)} (0 ^ {-})}
Ez az utolsó kifejezés írható mindenki számára ,
∂0énf(0-): =f(én)(0-){\ displaystyle \ részleges _ {0} ^ {i} f \ bal (0 ^ {-} \ jobb): = f ^ {\ bal (i \ jobb)} \ bal (0 ^ {-} \ jobb)}
én≥0{\ displaystyle i \ geq 0}![i \ geq 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/405e1424cb9c4fc171c433a8e8f04b3e5938e366)
L(f(nem))=onemL(f)-onem-∂0nemo-∂0f(0-).{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal (f ^ {\ bal (n \ jobb)} \ jobb) = p ^ {n} {\ mathcal {L}} \ bal (f \ jobb) - {\ frac {p ^ {n} - \ részleges _ {0} ^ {n}} {p- \ részleges _ {0}}} f \ balra (0 ^ {-} \ jobbra).}
Figyeljük meg, hogy egy általánosított függvény fent megadott definíciója alapján, pozitív támogatással (a csíra fogalmának alkalmazásával), a mennyiségek általában nem nulla.
f(0-),...,f(nem-1)(0-){\ displaystyle f (0 ^ {-}), ..., f ^ {(n-1)} (0 ^ {-})}![f (0 ^ {-}), ..., f ^ {{(n-1)}} (0 ^ {-})](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8dfb272327f02af672aeb7cb254239ad2f63ffbe)
Ha viszont f pozitív funkciójú szokásos függvény, akkor a 0 - értékét mindenhol 0 + -ra kell cserélni .
Pontosabban írjuk meg, hol van a Heaviside egységlépése, és g egy folyamatosan differenciálható függvény (a szokásos értelemben) 0-os szomszédságban. Ezután Leibniz szabálya szerint
f=gΥ{\ displaystyle f = g \ Upsilon}
Υ{\ displaystyle \ Upsilon}![\ Upsilon](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/96e8c0694e5270ebf60de3a794a27f94a063020a)
f′=g′Υ+gΥ′{\ displaystyle f '= g' \ Upsilon + g \ Upsilon '}![f '= g' \ Upsilon + g \ Upsilon '](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cbc80ca947a93574c41f39bde8981dae62fda89c)
val vel
Υ′=δ.{\ displaystyle \ Upsilon '= \ delta.}
Mivel , ezért .
gδ=g(0)δ{\ displaystyle g \ delta = g (0) \ delta}
f′=g′+g(0)δ{\ displaystyle f '= g' + g (0) \ delta}
L{f′}=L{g′}+g(0){\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f '\} = {\ mathcal {L}} \ {g' \} + g (0)}![{\ mathcal {L}} \ {f '\} = {\ mathcal {L}} \ {g' \} + g (0)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/68ec12f6c716dffc63a76d79685cff9d19c8f0c6)
Nekünk is van, mert .
L{f′}=oL{f}-f(0-)=oL{f}{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f '\} = p {\ mathcal {L}} \ {f \} - f (0 ^ {-}) = p {\ mathcal {L}} \ { f \}}
f(0-)=0{\ displaystyle f (0 ^ {-}) = 0}![f (0 ^ {-}) = 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/940dbf7bac8fc075108d996e9d307e6c8f686d63)
Most és . Definíció szerint azért , mert a monolaterális átalakulásról van szó. Így végre megkapjuk
L{f}=L{gΥ}{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f \} = {\ mathcal {L}} \ {g \ Upsilon \}}
g(0)=(gΥ)(0+){\ displaystyle g (0) = (g \ Upsilon) (0 ^ {+})}
L{g′}=L{g′Υ}{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {g '\} = {\ mathcal {L}} \ {g' \ Upsilon \}}![{\ mathcal {L}} \ {g '\} = {\ mathcal {L}} \ {g' \ Upsilon \}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ec7a9959aea268af5a4781e278cf665674266943)
L{g′Υ}=oL{gΥ}-(gΥ)(0+).{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {g '\ Upsilon \} = p {\ mathcal {L}} \ {g \ Upsilon \} - (g \ Upsilon) (0 ^ {+}).}![{\ mathcal {L}} \ {g '\ Upsilon \} = p {\ mathcal {L}} \ {g \ Upsilon \} - (g \ Upsilon) (0 ^ {+}).](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e40def760185f7383c5c3ccc0875416c7f7001ff)
Ezt az érvelést folytatva megkapjuk, ha g osztályú a [0, + ∞ [ ,
VSnem{\ displaystyle C ^ {n}}![C ^ {n}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/50cc4309121472bbd901a7e54c365829cd150d82)
L(g(nem)Υ)=onemL(gΥ)-onem-∂0nemo-∂0(gΥ)(0+){\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ left (g ^ {\ left (n \ right)} \ Upsilon \ right) = p ^ {n} {\ mathcal {L}} \ left (g \ Upsilon \ right ) - {\ frac {p ^ {n} - \ részleges _ {0} ^ {n}} {p- \ részleges _ {0}}} (g \ Upsilon) \ bal (0 ^ {+} \ jobb) }
A mindenki számára .
∂0én(gΥ)(0+): =(g(én)Υ)(0+){\ displaystyle \ részleges _ {0} ^ {i} (g \ Upsilon) \ left (0 ^ {+} \ right): = (g ^ {\ left (i \ right)} \ Upsilon) \ left (0 ^ {+} \ jobbra)}
én≥0{\ displaystyle i \ geq 0}![i \ geq 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/405e1424cb9c4fc171c433a8e8f04b3e5938e366)
Példa
Bármelyiket . Tehát és . Megvan és
g(t)=kötözősaláta(ωt){\ displaystyle g (t) = \ cos (\ omega t)}
L{gΥ}(o)=oo2+ω2{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {g \ Upsilon \} (p) = {\ frac {p} {p ^ {2} + \ omega ^ {2}}}}
gΥ(0+)=1{\ displaystyle g \ Upsilon (0 ^ {+}) = 1}
g′(t)=-ωbűn(ωt){\ displaystyle g '(t) = - \ omega \ sin (\ omega t)}![g '(t) = - \ omega \ sin (\ omega t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b947e5a868812ec8db01f5d8b2288178407ec81)
oL{gΥ}(o)-gΥ(0+)=o2o2+ω2-1=-ω2o2+ω2{\ displaystyle p {\ mathcal {L}} \ {g \ Upsilon \} (p) -g \ Upsilon (0 ^ {+}) = {\ frac {p ^ {2}} {p ^ {2} + \ omega ^ {2}}} - 1 = - {\ frac {\ omega ^ {2}} {p ^ {2} + \ omega ^ {2}}}}![p {\ mathcal {L}} \ {g \ Upsilon \} (p) -g \ Upsilon (0 ^ {+}) = {\ frac {p ^ {2}} {p ^ {2} + \ omega ^ {2}}} - 1 = - {\ frac {\ omega ^ {2}} {p ^ {2} + \ omega ^ {2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dfc71492365d5da10aead14dd440089d765edca7)
. Ebből kifolyólag,
L{t↦bűn(ωt)Υ(t)}(o)=ωo2+ω2.{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {t \ mapsto \ sin (\ omega t) \ Upsilon (t) \} (p) = {\ frac {\ omega} {p ^ {2} + \ omega ^ {2}}}.}
Alkalmazás a Heaviside függvény deriváltjára
A Heaviside függvény értéke 0, ha t <0, 1 értéke t > 0 (értéke 0-ban nincs jelentősége). Mivel ez a funkció megszakítás nélküli, a szokásos értelemben nem levezethető. Másrészt származéka az eloszlások értelmében a Dirac „függvény” . Ő jön
Υ{\ displaystyle \ Upsilon}
δ{\ displaystyle \ delta}![\delta](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c5321cfa797202b3e1f8620663ff43c4660ea03a)
L(δ)=oL(Υ)-Υ(0-)=1-0=1,{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ left (\ delta \ right) = p {\ mathcal {L}} \ left (\ Upsilon \ right) - \ Upsilon \ left (0 ^ {-} \ right) = 1-0 = 1,}![{\ mathcal {L}} \ left (\ delta \ right) = p {\ mathcal {L}} \ left (\ Upsilon \ right) - \ Upsilon \ left (0 ^ {-} \ right) = 1-0 = 1,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0cef92e4d4907753be9feb14b70bb9372b96f33d)
mivel
L(Υ)=1o,ℜ(o)>0.{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal (\ Upsilon \ right) = {\ dfrac {1} {p}}, \ Re (p)> 0.}![{\ mathcal {L}} \ left (\ Upsilon \ right) = {\ dfrac 1p}, \ Re (p)> 0.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/69b4b74b4dac1ebe0d816959d1c76c4d8850139c)
Megjegyezzük, hogy ha cserélni, a képlet a levezetés szabály ƒ (0 - ) szerint ƒ (0 + ), találunk , ami hamis (mi jön vissza később). Egyes forrásoknál előfordulhat ez a hiba.
L(δ)=0{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal (\ delta \ jobb) = 0}![{\ mathcal {L}} \ balra (\ delta \ jobbra) = 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/efe7a230825db7779e1e2636cc2d93e7763b42ac)
Hasonlóképpen néha a következő definíciót látjuk a Laplace-transzformációról:
F(o)=∫α+∞e-otf(t) dt{\ displaystyle F \ bal (p \ jobb) = \ int _ {\ alpha} ^ {+ \ infty} {\ rm {e}} ^ {- pt} f \ bal (t \ jobb) ~ {\ rm { d}} t}![F \ bal (p \ jobb) = \ int _ {{\ alpha}} ^ {{+ \ infty}} {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} f \ bal (t \ jobb) ~ {{\ rm {d}}} t](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/77811f7c6259413bfb89a42a4cde88cb46f0e5b9)
A még pontatlanság ezen határt. Ha f függvény a kifejezés szokásos értelmében, pozitív alátámasztással, akkor ez egy Lebesgue-integrál, amely egybeesik a megfelelővel , mivel nulla mértékű; ebben az esetben kétértelműség nélkül is lehet írni . Nem ugyanaz, ha f „általánosított függvény”, vagyis Gelfand és Silov (in) eloszlása , ha ennek az eredeténél nem nulla a tömeg. A prototípus a Dirac eloszlás. Algebra szempontból ez az eloszlás a semleges elem a pozitívan támogatott eloszlások konvolúciós algebrájában ; és mivel a Laplace-transzformáció átalakítja a konvolúciós terméket hétköznapi termékké, ezért rendelkeznünk kell a Laplace-transzformációval . Ez azonban csak akkor lesz igaz, ha . Valójában 0-val egyenlő Laplace-transzformációt kapnánk. Ez annál inkább aberráns lenne, mivel a Laplace-transzformáció nem lenne injektív, mivel .
α=0+{\ displaystyle \ alpha = 0 ^ {+}}
α=0-{\ displaystyle \ alpha = 0 ^ {-}}
{0}{\ displaystyle \ bal \ {0 \ jobb \}}
α=0{\ displaystyle \ alpha = 0}
δ{\ displaystyle \ delta}
D+′{\ displaystyle {\ mathcal {D}} _ {+} ^ {\ prime}}
δ{\ displaystyle \ delta}
L(δ)=1{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal (\ delta \ right) = 1}
α=0-{\ displaystyle \ alpha = 0 ^ {-}}
α=0+{\ displaystyle \ alpha = 0 ^ {+}}
δ≠0{\ displaystyle \ delta \ neq 0}![\ delta \ neq 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fc62cd825ab189de0fe6f11f81b654d9ab85d56f)
Szorzás t hatványával
Az időtartományban való szorzás a jel kivételével megfelel a transzformáció n- edik deriváltjának :
tnem,nem∈NEM{\ displaystyle t ^ {n}, n \ in \ mathbb {N}}![t ^ {n}, n \ in \ mathbb {N}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d00fe390d4b180ab708493da9a77b19e6d62d8d1)
L{tnemf(t)}=(-1)nemdnemL{f}donem{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {t ^ {n} f \ bal (t \ jobb) \ jobb \} = \ bal (-1 \ jobb) ^ {n} {\ dfrac {\ mathrm {d} ^ {n} {\ mathcal {L}} \ bal \ {f \ jobb \}} {\ mathrm {d} p ^ {n}}}}![{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {t ^ {n} f \ bal (t \ jobb) \ jobb \} = \ bal (-1 \ jobb) ^ {n} {\ dfrac {\ mathrm {d} ^ {n} {\ mathcal {L}} \ bal \ {f \ jobb \}} {\ mathrm {d} p ^ {n}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7b68c77a4d463f49a5b249600bcedc7b74f80f6f)
.
Demonstráció
(1) Tegyük fel, hogy f helyileg integrálható pozitív támogatással. Az f Laplace-transzformációját tehát - ahol a konvergencia-abszcissza jelenti - a
ℜ(o)>α{\ displaystyle \ Re (p)> \ alfa}
α{\ displaystyle \ alpha}![\ alfa](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b79333175c8b3f0840bfb4ec41b8072c83ea88d3)
L{f}(o)=∫0+∞f(t)e-ot dt{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {f \ right \} (p) = \ int _ {0} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt } ~ {\ rm {d}} t}![{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {f \ right \} (p) = \ int _ {0} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt } ~ {\ rm {d}} t}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9cebcc38c99823520ea94f1df80c99a5e1e0818d)
.
A funkció az Holomorf . Bármelyik és . Ekkor és összehasonlító növekedésekkel a függvény integrálható a [0, + ∞ [ . A függvény tehát holomorf, és deriváltját úgy kapjuk meg, hogy megkülönböztetjük az összegjel alatt :
o↦f(t)e-ot{\ displaystyle p \ mapsto f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt}}
β>α{\ displaystyle \ beta> \ alpha}
ℜ(o)>β{\ displaystyle \ Re (p)> \ beta}
|tf(t)e-ot|≤|tf(t)e-βt|{\ displaystyle \ left \ vert tf \ left (t \ right) {\ rm {e}} ^ {- pt} \ right \ vert \ leq \ left \ vert tf \ left (t \ right) {\ rm {e }} ^ {- \ beta t} \ right \ vert}
t↦|tf(t)e-βt|{\ displaystyle t \ mapsto \ left \ vert tf \ left (t \ right) {\ rm {e}} ^ {- \ beta t} \ right \ vert}
o↦∫0+∞f(t)e-ot dt{\ displaystyle p \ mapsto \ int _ {0} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t}![p \ mapsto \ int _ {0} ^ {{+ \ infty}} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5edca62a5043f39fe98146633b17684bf25427db)
dL{f}do(o)=∫0+∞f(t)(-te-ot) dt=-L{tf(t)}(o){\ displaystyle {\ frac {{\ rm {d}} {\ mathcal {L}} \ bal \ {f \ jobb \}} {{\ rm {d}} p}} \ bal (p \ jobb) = \ int _ {0} ^ {+ \ infty} f \ bal (t \ jobb) \ bal (-t {\ rm {e}} ^ {- pt} \ jobb) ~ {\ rm {d}} t = - {\ mathcal {L}} \ bal \ {tf \ bal (t \ jobb) \ jobb \} \ bal (p \ jobb)}![{\ displaystyle {\ frac {{\ rm {d}} {\ mathcal {L}} \ bal \ {f \ jobb \}} {{\ rm {d}} p}} \ bal (p \ jobb) = \ int _ {0} ^ {+ \ infty} f \ bal (t \ jobb) \ bal (-t {\ rm {e}} ^ {- pt} \ jobb) ~ {\ rm {d}} t = - {\ mathcal {L}} \ bal \ {tf \ bal (t \ jobb) \ jobb \} \ bal (p \ jobb)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0067ef3fcb1c13432aa90411817eff0065098f5e)
.
Ez bizonyítja az eredményt n = 1 esetben . Az általános eset indukcióval következik.
(2) Ez az eredmény akkor is érvényes, ha f pozitív eloszlású eloszlás.
Az inverz képlet ( n = -1 esetén ):
L{f(t)t}(o)=∫o∞F(σ)dσ{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {{\ frac {f (t)} {t}} \ jobb \} \ bal (p \ jobb) = \ int _ {p} ^ {\ infty} \ mathrm {F} (\ sigma) \, \ mathrm {d} \ sigma}![{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {{\ frac {f (t)} {t}} \ jobb \} \ bal (p \ jobb) = \ int _ {p} ^ {\ infty} \ mathrm {F} (\ sigma) \, \ mathrm {d} \ sigma}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8222e1cb2bb50b228f9ee7319f3aa2691f56bc7b)
és érvényes, feltéve, hogy f olyan alakú, ahol g általánosított függvény pozitív támogatással. Az eredmény bemutatásának egyik módját az alábbiakban adjuk meg.
t↦tg(t){\ displaystyle t \ mapsto tg \ bal (t \ jobb)}![t \ mapsto tg \ bal (t \ jobb)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c453c8630dba4be0e194f296611cfba0bb4804e8)
Demonstráció
∫o∞F(σ)dσ=∫o∞∫0∞e-σtf(t)dtdσ=∫0∞f(t)∫o∞e-σtdσdt=∫0∞f(t)1te-otdt=L{f(t)t}(o){\ displaystyle \ int _ {p} ^ {\ infty} \ mathrm {F} (\ sigma) \, \ mathrm {d} \ sigma = \ int _ {p} ^ {\ infty} \ int _ {0} ^ {\ infty} \ mathrm {e} ^ {- \ sigma t} f (t) \, \ mathrm {d} t \, \ mathrm {d} \ sigma = \ int _ {0} ^ {\ infty} f (t) \ int _ {p} ^ {\ infty} \ mathrm {e} ^ {- \ sigma t} \, \ mathrm {d} \ sigma \, \ mathrm {d} t = \ int _ {0 } ^ {\ infty} f (t) {\ frac {1} {t}} \ mathrm {e} ^ {- pt} \, \ mathrm {d} t = {\ mathcal {L}} \ bal \ { {\ frac {f (t)} {t}} \ jobb \} \ bal (p \ jobb)}![{\ displaystyle \ int _ {p} ^ {\ infty} \ mathrm {F} (\ sigma) \, \ mathrm {d} \ sigma = \ int _ {p} ^ {\ infty} \ int _ {0} ^ {\ infty} \ mathrm {e} ^ {- \ sigma t} f (t) \, \ mathrm {d} t \, \ mathrm {d} \ sigma = \ int _ {0} ^ {\ infty} f (t) \ int _ {p} ^ {\ infty} \ mathrm {e} ^ {- \ sigma t} \, \ mathrm {d} \ sigma \, \ mathrm {d} t = \ int _ {0 } ^ {\ infty} f (t) {\ frac {1} {t}} \ mathrm {e} ^ {- pt} \, \ mathrm {d} t = {\ mathcal {L}} \ bal \ { {\ frac {f (t)} {t}} \ jobb \} \ bal (p \ jobb)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/659c95e3fdb49540662f7242c80d427d1cf37bdc)
.
Az integrál Laplace-transzformációja ( 0- nál eltűnő f primitívje ) megfelel az 1 / p szorzásnak :
L{∫0-tf(τ)dτ}=1oL{f}{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {\ int _ {0 ^ {-}} ^ {t} f (\ tau) \ mathrm {d} \ tau \ right \} = {\ frac {1 } {p}} {\ mathcal {L}} \ {f \}}![{\ mathcal {L}} \ balra \ {\ int _ {{0 ^ {-}}} ^ {{t}} f (\ tau) {\ mathrm {d}} \ tau \ right \} = {\ frac 1p} {\ mathcal {L}} \ {f \}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/83b307494b2ff4b3222fb65c6f745d0bb59eef0c)
és ha ƒ pozitív támogatású függvény, folytonos a [0, + ∞ [felett , akkor a > 0 :
L{∫nál néltf(τ) dτ}=1oL{f}+1o∫nál nél0f(τ)dτ.{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ bal \ {\ int _ {a} ^ {t} f (\ tau) ~ {\ rm {d}} \ tau \ right \} = {\ frac {1} {p}} {\ mathcal {L}} \ {f \} + {1 \ over p} \ int _ {a} ^ {0} f (\ tau) \ mathrm {d} \ tau.}![{\ mathcal {L}} \ balra \ {\ int _ {a} ^ {t} f (\ tau) ~ {{\ rm {d}}} \ tau \ right \} = {\ frac 1p} {\ mathcal {L}} \ {f \} + {1 \ p} \ int _ {a} ^ {0} f (\ tau) {\ mathrm {d}} \ tau.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d7c5e66c9f2b7adb838474764dfd953f3c4f43b3)
Végső érték
Tegyük fel, hogy f lokálisan integrálható pozitív támogatással. Ha az időtartomány határa létezik és véges, akkor:
limt→+∞f(t)=limo∈R,o→0+oF(o).{\ displaystyle \ lim _ {t \ to + \ infty} f (t) = \ lim _ {p \ in \ mathbb {R}, p \ to 0 ^ {+}} p \ mathrm {F} (p) .}![\ lim _ {{t \ to + \ infty}} f (t) = \ lim _ {{p \ in \ mathbb {R}, p \ to 0 ^ {+}}} p {\ mathrm {F}} (p).](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c2f64c81d7dc0d31b4c088d5be38c2e88693b611)
(Vegye figyelembe, hogy ez az egyetlen tulajdonság, ahol 0 + jelenik meg a változónál .)
o{\ displaystyle p}![o](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/81eac1e205430d1f40810df36a0edffdc367af36)
Demonstráció
Bármelyiket . Ennek a véges határnak a megléte azt jelenti, hogy a Laplace-transzformáció konvergencia-abszcisszája az .
l=limt→+∞f(t){\ displaystyle l = \ lim \ korlátozza _ {t \ rightarrow + \ infty} f \ bal (t \ jobb)}
F(o){\ displaystyle F (p)}
≤0{\ displaystyle \ leq 0}![\ leq 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c2e5a939be0b80d54d3b8828fee3d2dfe4aa4619)
Megvan ; A Laplace transzformáltja IS , és természetesen . Kivonunk a , Mi tehát csökken az esetben egy függvény, ismét megjegyezte F , oly módon, hogy .
limt→+∞Υ(t)=1{\ displaystyle \ lim _ {t \ to + \ infty} \ Upsilon (t) = 1}
Υ{\ displaystyle \ Upsilon}
1o{\ displaystyle {\ frac {1} {p}}}
limo∈R,o→0+o1o=1{\ displaystyle \ lim _ {p \ in \ mathbb {R}, p \ to 0 ^ {+}} p {\ frac {1} {p}} = 1}
lΥ(t){\ displaystyle l \ Upsilon (t)}
f(t){\ displaystyle f (t)}
limt→+∞f(t)=0{\ displaystyle \ lim \ limits _ {t \ rightarrow + \ infty} f \ bal (t \ jobb) = 0}![\ lim \ korlátok _ {{t \ rightarrow + \ infty}} f \ bal (t \ jobb) = 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/275096b50bbe866e609f1deb89ab965392d90d48)
Ezután minden , van úgy, hogy minden , . Nekünk van
ε>0{\ displaystyle \ varepsilon> 0}
NÁL NÉL>0{\ displaystyle A> 0}
t>NÁL NÉL{\ displaystyle t> A}
|f(t)|≤ε{\ displaystyle \ vert f (t) \ vert \ leq \ varepsilon}![\ vert f (t) \ vert \ leq \ varepsilon](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2ab921a4fd2060f13304561075f1ee3002e67713)
oF(o)=o∫0NÁL NÉLf(t)e-otdt+o∫NÁL NÉL+∞f(t)e-ot dt.{\ displaystyle pF (p) = p \ int _ {0} ^ {A} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} dt + p \ int _ {A} ^ {+ \ infty} f \ bal (t \ jobb) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t.}![pF (p) = p \ int _ {0} ^ {A} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} dt + p \ int _ {A} ^ {{+ \ infty}} f \ bal (t \ jobb) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8652d4ef02003e6879c7b9594ef49387470ca322)
Vegyük . Nekünk van
o∈R,o>0{\ displaystyle p \ in \ mathbb {R}, p> 0}![p \ in \ mathbb {R}, p> 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e73dad8463ca50da677ea60a10f4c1885ad4fcda)
|∫0NÁL NÉLf(t)e-ot dt|≤∫0NÁL NÉL|f(t)| dt<+∞{\ displaystyle \ left \ vert \ int _ {0} ^ {A} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t \ right \ vert \ leq \ int _ {0} ^ {A} \ vert f (t) \ vert ~ {\ rm {d}} t <+ \ infty}![\ left \ vert \ int _ {0} ^ {A} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t \ right \ vert \ leq \ int _ {0} ^ {A} \ vert f (t) \ vert ~ {{\ rm {d}}} t <+ \ infty](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5c968185b861503fee2ad01f40e77ebefb799809)
és következésképpen
limo∈R,o→0+o∫0NÁL NÉLf(t)e-ot dt=0.{\ displaystyle \ lim \ limits _ {p \ in \ mathbb {R}, p \ rightarrow 0 ^ {+}} p \ int _ {0} ^ {A} f (t) {\ rm {e}} ^ {-pt} ~ {\ rm {d}} t = 0.}![\ lim \ limits _ {{p \ in \ mathbb {R}, p \ rightarrow 0 ^ {+}}} p \ int _ {0} ^ {A} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t = 0.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2a23a507fdfaa50d0b834fb8892e6642d6e4cdc2)
Ezért van egy igazi olyan, aminek ésα>0{\ displaystyle \ alpha> 0}
o∈R{\ displaystyle p \ in \ mathbb {R}}
0<o<α{\ displaystyle 0 <p <\ alpha}
|o∫0NÁL NÉLf(t)e-ot dt|<ε.{\ displaystyle \ left \ vert p \ int _ {0} ^ {A} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t \ right \ vert <\ varepsilon .}![\ bal \ vert p \ int _ {0} ^ {A} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t \ jobb \ vert <\ varepsilon.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eae932287151947e81fdb8636e25e9694351911a)
Másrészről,
|∫NÁL NÉL+∞f(t)e-ot dt|≤∫0+∞εe-ot dt=εo{\ displaystyle \ left \ vert \ int _ {A} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t \ right \ vert \ leq \ int _ {0} ^ {+ \ infty} \ varepsilon {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t = {\ frac {\ varepsilon} {p}}}![\ left \ vert \ int _ {A} ^ {{+ \ infty}} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t \ right \ vert \ leq \ int _ {0} ^ {{+ \ infty}} \ varepsilon {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t = { \ frac {\ varepsilon} p}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a441ca40d45599c9134d70cc3a30d128598adabe)
tehát léteznek olyanok, amelyek számára ésβ>0{\ displaystyle \ beta> 0}
o∈R{\ displaystyle p \ in \ mathbb {R}}
0<o<β{\ displaystyle 0 <p <\ beta}
|o∫NÁL NÉL+∞f(t)e-ot dt|≤ε.{\ displaystyle \ left \ vert p \ int _ {A} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t \ right \ vert \ leq \ varepsilon.}![\ left \ vert p \ int _ {A} ^ {{+ \ infty}} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t \ right \ vert \ leq \ varepsilon.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/331b1db81b83896cd8c11196506516af3626598e)
Ezért ha éso∈R{\ displaystyle p \ in \ mathbb {R}}
0<o<min(α,β){\ displaystyle 0 <p <\ min (\ alfa, \ béta)}
|o∫0+∞f(t)e-ot dt|≤2ε{\ displaystyle \ left \ vert p \ int _ {0} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t \ right \ vert \ leq 2 \ varepsilon}![\ left \ vert p \ int _ {0} ^ {{+ \ infty}} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t \ right \ vert \ leq 2 \ varepsilon](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/557f1f44a6febebac3651d4e9bcca81ee4b7d5e9)
ami azt eredményezi, hogy amikor 0 + -ra hajlamos .
o∫0+∞f(t)e-ot dt→0{\ displaystyle p \ int _ {0} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t \ rightarrow 0}
o∈R{\ displaystyle p \ in \ mathbb {R}}![p \ in \ mathbb {R}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fce61857bf443f7e5cd6fa0f0df021f45cbdd020)
A feltüntetett hipotézisek elengedhetetlenek, amit a következő ellenpéldák mutatnak:
- A függvény a + limit határértékként ismeri el, amikor t + + felé hajlik . Laplace-transzformációja és . Ennek az utolsó határnak a valóságban nincs iránya, mert az F konvergencia abszcisszája 1, ezért a 0 nem tartozik a konvergencia mező tapadásához.f:t↦etΥ(t){\ displaystyle f: t \ mapsto {\ rm {e}} ^ {t} \ Upsilon (t)}
F(o)=1o-1{\ displaystyle F \ bal (p \ jobb) = {\ frac {1} {p-1}}}
limo→0oF(o)=0{\ displaystyle \ lim \ limits _ {p \ rightarrow 0} pF \ left (p \ right) = 0}![\ lim \ limits _ {{p \ rightarrow 0}} pF \ left (p \ right) = 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e9d8a379ae4538210c2514a67a31427f2ea5c3ba)
- A függvény nem fogad el korlátot, ha t + ∞-re hajlik . Laplace-transzformációja: F konvergencia-abszcisszája 0 és (ez az utolsó határ azonban ezúttal helyes).f:t↦bűntΥ(t){\ displaystyle f: t \ mapsto \ sin t \ Upsilon (t)}
F(o)=1o2+1{\ displaystyle F \ bal (p \ jobb) = {\ frac {1} {p ^ {2} +1}}}
limo∈R,o→0+oF(o)=0{\ displaystyle \ lim \ limits _ {p \ in \ mathbb {R}, p \ rightarrow 0 ^ {+}} pF \ left (p \ right) = 0}![\ lim \ limits _ {{p \ in \ mathbb {R}, p \ rightarrow 0 ^ {+}}} pF \ left (p \ right) = 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a8dd1270a11101ef0d1beb32be367ecfdaa650e5)
- Ha van racionális függvény, akkor létezik és véges, és csak akkor, ha az összes pólus a nyitott bal félsík és az origó egyesüléséhez tartozik, akkor a 0-on lévő pólus, ha létezik, egyszerű.F(o){\ displaystyle F (p)}
limt→+∞f(t){\ displaystyle \ lim _ {t \ to + \ infty} f (t)}
F(o){\ displaystyle F (p)}![F (p)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f96aa8fc46e2bc3f1a5a1f612c3af35609d5802d)
Kezdő érték
Ha véges konvergencia-abszcisza van, és ha létezik az időtartomány korlátja, akkor:
F(o){\ displaystyle F (p)}![F (p)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f96aa8fc46e2bc3f1a5a1f612c3af35609d5802d)
limt→0+f(t)=limo∈R,o→+∞oF(o){\ displaystyle \ lim _ {t \ to 0 ^ {+}} f (t) = \ lim _ {p \ in \ mathbb {R}, p \ to + \ infty} p \ mathrm {F} (p) }![\ lim _ {{t \ to 0 ^ {+}}} f (t) = \ lim _ {{p \ in \ mathbb {R}, p \ to + \ infty}} p {\ mathrm {F}} p)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7cf796add58822932bcc898b8d64cbeb2686ac60)
(Vegye figyelembe, hogy ez az egyetlen tulajdonság, ahol 0 + jelenik meg a változónál .)
t{\ displaystyle t}![t](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/65658b7b223af9e1acc877d848888ecdb4466560)
Demonstráció
Bármelyiket . Megvan ; A Laplace transzformáltja IS , és természetesen . Kivonunk a , Mi tehát csökken az esetben egy függvény, ismét megjegyezte F , oly módon, hogy .
l=limt→0+f(t){\ displaystyle l = \ lim \ limits _ {t \ rightarrow 0 ^ {+}} f \ bal (t \ jobb)}
limt→0+Υ(t)=1{\ displaystyle \ lim _ {t \ to 0 ^ {+}} \ Upsilon (t) = 1}
Υ{\ displaystyle \ Upsilon}
1o{\ displaystyle {\ frac {1} {p}}}
limo∈R,o→+∞o1o=1{\ displaystyle \ lim _ {p \ in \ mathbb {R}, p \ to + \ infty} p {\ frac {1} {p}} = 1}
lΥ(t){\ displaystyle l \ Upsilon (t)}
f(t){\ displaystyle f (t)}
limt→0+f(t)=0{\ displaystyle \ lim \ limits _ {t \ rightarrow 0 ^ {+}} f \ bal (t \ right) = 0}![\ lim \ limits _ {{t \ rightarrow 0 ^ {+}}} f \ bal (t \ right) = 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/35b541fe8cd99005b4eca97b5f9045fbd7ddbe99)
Bármelyiket . Ez létezik a feltételezést , hogy minden t úgy, hogy mi van . Másrészről,
ε>0{\ displaystyle \ varepsilon> 0}
η>0{\ displaystyle \ eta> 0}
0<t<η{\ displaystyle 0 <t <\ eta}
|f(t)|≤ε{\ displaystyle \ vert f (t) \ vert \ leq \ varepsilon}![\ vert f (t) \ vert \ leq \ varepsilon](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2ab921a4fd2060f13304561075f1ee3002e67713)
o∫0+∞f(t)e-ot dt=én1+én2{\ displaystyle p \ int _ {0} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t = I_ {1} + I_ {2 }}![p \ int _ {0} ^ {{+ \ infty}} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t = I_ {1 } + I_ {2}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d2c64d1cb87a8ae86e3f3baec1e4a1e65c55ea7d)
val vel
én1=o∫0ηf(t)e-ot dt, én2=o∫η+∞f(t)e-ot dt.{\ displaystyle I_ {1} = p \ int _ {0} ^ {\ eta} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t, ~ I_ {2 } = p \ int _ {\ eta} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d}} t.}![I_ {1} = p \ int _ {0} ^ {{\ eta}} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t , ~ I_ {2} = p \ int _ {{\ eta}} ^ {{+ \ infty}} f (t) {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4962b0e7aad837553c4b1ead2f6bdf563d05a0e3)
Legyen egy valódi, szigorúan nagyobb, mint a és a konvergencia abszcisszája . Nekünk van
α{\ displaystyle \ alpha}
F(o){\ displaystyle F (p)}
o∈R, o>α{\ displaystyle p \ in \ mathbb {R}, ~ p> \ alpha}![p \ in \ mathbb {R}, ~ p> \ alfa](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/51cc331664d7f9742236fe3bec13ccbbca5d0842)
|én2|=|o∫η+∞f(t)e-(o-α)te-αt dt|≤oe-(o-α)η∫0+∞|f(t)|e-αt dt{\ displaystyle \ left \ vert I_ {2} \ right \ vert = \ left \ vert p \ int _ {\ eta} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- \ left (p- \ alpha \ right) t} {\ rm {e}} ^ {- \ alfa t} ~ {\ rm {d}} t \ right \ vert \ leq p {\ rm {e}} ^ {- \ bal (p- \ alfa \ jobb) \ eta} \ int _ {0} ^ {+ \ infty} \ bal \ vert f \ bal (t \ jobb) \ jobb \ vert {\ rm {e}} ^ { - \ alpha t} ~ {\ rm {d}} t}![{\ displaystyle \ left \ vert I_ {2} \ right \ vert = \ left \ vert p \ int _ {\ eta} ^ {+ \ infty} f (t) {\ rm {e}} ^ {- \ left (p- \ alpha \ right) t} {\ rm {e}} ^ {- \ alfa t} ~ {\ rm {d}} t \ right \ vert \ leq p {\ rm {e}} ^ {- \ bal (p- \ alfa \ jobb) \ eta} \ int _ {0} ^ {+ \ infty} \ bal \ vert f \ bal (t \ jobb) \ jobb \ vert {\ rm {e}} ^ { - \ alpha t} ~ {\ rm {d}} t}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/746f6211933c1c186451adda747c969752119226)
ahol a megfelelő integrál konvergens, tehát mikor . Ezért van olyan igazi , hogy amint és .
én2→0{\ displaystyle I_ {2} \ rightarrow 0}
o→+∞{\ displaystyle p \ rightarrow + \ infty}
NÁL NÉL>0{\ displaystyle A> 0}
|én2|≤ε{\ displaystyle \ left \ vert I_ {2} \ right \ vert \ leq \ varepsilon}
o∈R{\ displaystyle p \ in \ mathbb {R}}
o>NÁL NÉL{\ displaystyle p> A}![p> A](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a725493bf33afc8ad385f5e2eb9f143894f1f708)
Másrészről,
|én1|≤oε∫0ηe-ot dt=ε(1-e-oη){\ displaystyle \ left \ vert I_ {1} \ right \ vert \ leq p \ varepsilon \ int _ {0} ^ {\ eta} {\ rm {e}} ^ {- pt} ~ {\ rm {d} } t = \ varepsilon \ bal (1 - {\ rm {e}} ^ {- p \ eta} \ jobb)}![\ left \ vert I_ {1} \ right \ vert \ leq p \ varepsilon \ int _ {0} ^ {{\ eta}} {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} ~ {{\ rm {d}}} t = \ varepsilon \ bal (1 - {{\ rm {e}}} ^ {{- p \ eta}} \ jobb)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f6fed49304b2fd46704812cf37c6ea422e2b0b36)
és ez a kifejezés arra törekszik, amikor , ezért létezik olyan valós , mint amint és . Végül, és mi
ε{\ displaystyle \ varepsilon}
o→+∞{\ displaystyle p \ rightarrow + \ infty}
B>0{\ displaystyle B> 0}
|én1|≤2ε{\ displaystyle \ left \ vert I_ {1} \ right \ vert \ leq 2 \ varepsilon}
o∈R{\ displaystyle p \ in \ mathbb {R}}
o>B{\ displaystyle p> B}
o∈R{\ displaystyle p \ in \ mathbb {R}}
o>max(NÁL NÉL,B){\ displaystyle p> \ max (A, B)}![p> \ max (A, B)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5c2ba7afc8ee80d70d231490bcd82247bd3d50bb)
|oF(o)|≤3ε.{\ displaystyle \ left \ vert pF \ left (p \ right) \ right \ vert \ leq 3 \ varepsilon.}![\ left \ vert pF \ left (p \ right) \ right \ vert \ leq 3 \ varepsilon.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4b10284bbf092398299b7a5d309fdcdb1ace4451)
Most önkényesen kicsi, ezért ez a kifejezés hajlamos a 0-ra, amikor és .
ε>0{\ displaystyle \ varepsilon> 0}
o∈R{\ displaystyle p \ in \ mathbb {R}}
o→+∞{\ displaystyle p \ rightarrow + \ infty}![p \ rightarrow + \ infty](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/96957aa777daf12c8230d014a061f8328185468d)
A Laplace-transzformáció a konvolúciós terméket termékké változtatja:
L{f∗g}=L{f}L{g}{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f * g \} = {\ mathcal {L}} \ {f \} {\ mathcal {L}} \ {g \}}![{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f * g \} = {\ mathcal {L}} \ {f \} {\ mathcal {L}} \ {g \}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c54ef3e66884bc015645e60cc959d2facfcd2a4a)
Periodikus függvény Laplace-transzformációja
Ha ƒ null függvény t <0 esetén, t > 0 esetén pedig periodikus T periódussal , akkor a eseténRe(o)>0{\ displaystyle Re \ bal (p \ jobb)> 0}
L{f}(o)=11-e-To∫0Te-otf(t)dt.{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f \} (p) = {\ frac {1} {1 - {\ rm {e}} ^ {- Tp}}} \ int _ {0} ^ { T} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t.}![{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f \} (p) = {\ frac {1} {1 - {\ rm {e}} ^ {- Tp}}} \ int _ {0} ^ { T} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cd46bcf0c9a328cdd86ee3b58530e4ce38d97009)
Demonstráció
Chasles relációját használjuk az integrál lebontására minden időszakban:
∫0∞e-otf(t)dt=∫0Te-otf(t)dt+∫T2Te-otf(t)dt+∫2T3Te-otf(t)dt+...{\ displaystyle \ int _ {0} ^ {\ infty} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t = \ int _ {0} ^ {T} { \ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t + \ int _ {T} ^ {2T} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t + \ int _ {2T} ^ {3T} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t + \ ldots}![{\ displaystyle \ int _ {0} ^ {\ infty} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t = \ int _ {0} ^ {T} { \ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t + \ int _ {T} ^ {2T} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t + \ int _ {2T} ^ {3T} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t + \ ldots}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ef27316653b0ceee9eec2b47b909da9550a602dd)
Változót hajtunk végre, hogy az integrálok visszatérjenek a [0, T ] értékre
∫0∞e-otf(t)dt=∫0Te-ouf(u)du+∫0Te-o(u+T)f(u+T)du+∫0Te-o(u+2T)f(u+2T)du+...{\ displaystyle \ int _ {0} ^ {\ infty} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, {\ rm {d}} t = \ int _ {0} ^ {T } {\ rm {e}} ^ {- pu} f (u) \, \ mathrm {d} u + \ int _ {0} ^ {T} {\ rm {e}} ^ {- p (u + T)} f (u + T) \, \ mathrm {d} u + \ int _ {0} ^ {T} {\ rm {e}} ^ {- p (u + 2T)} f (u + 2T ) \, \ mathrm {d} u + \ ldots}![\ int _ {0} ^ {{\ infty}} {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} f (t) \, {{\ rm {d}}} t = \ int _ { 0} ^ {T} {{\ rm {e}}} ^ {{- pu}} f (u) \, {\ mathrm {d}} u + \ int _ {0} ^ {T} {{\ rm {e}}} ^ {{- p (u + T)}} f (u + T) \, {\ mathrm {d}} u + \ int _ {0} ^ {T} {{\ rm { e}}} ^ {{- p (u + 2T)}} f (u + 2T) \, {\ mathrm {d}} u + \ ldots](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/46606b4eeace004aed25e97bcda7740800d12133)
Mivel ƒ periodikus, egyszerűsíteni tudjuk az integrálokat azáltal, hogy
∫0∞e-otf(t)dt=∫0Te-ouf(u)du+e-oT∫0Te-ouf(u)du+e-2oT∫0Te-ouf(u)du+...{\ displaystyle \ int _ {0} ^ {\ infty} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t = \ int _ {0} ^ {T} { \ rm {e}} ^ {- pu} f (u) \, \ mathrm {d} u + {\ rm {e}} ^ {- pT} \ int _ {0} ^ {T} {\ rm { e}} ^ {- pu} f (u) \, \ mathrm {d} u + {\ rm {e}} ^ {- 2pT} \ int _ {0} ^ {T} {\ rm {e}} ^ {-pu} f (u) \, \ mathrm {d} u + \ ldots}![\ int _ {0} ^ {{\ infty}} {{\ rm {e}}} ^ {{- pt}} f (t) \, {\ mathrm {d}} t = \ int _ {0} ^ {T} {{\ rm {e}}} ^ {{- pu}} f (u) \, {\ mathrm {d}} u + {{\ rm {e}}} ^ {{- pT} } \ int _ {0} ^ {T} {{\ rm {e}}} ^ {{- pu}} f (u) \, {\ mathrm {d}} u + {{\ rm {e}} } ^ {{-2pT}} \ int _ {0} ^ {T} {{\ rm {e}}} ^ {{- pu}} f (u) \, {\ mathrm {d}} u + \ ldots](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c00fe6614ab03bcc8886d807370776dc3f45095f)
Csoportosítjuk a feltételeket:
∫0∞e-otf(t)dt=(1+e-oT+e-2oT+...)∫0Te-ouf(u)du.{\ displaystyle \ int _ {0} ^ {\ infty} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t = \ balra (1 + {\ rm {e} } ^ {- pT} + {\ rm {e}} ^ {- 2pT} + \ ldots \ right) \ int _ {0} ^ {T} {\ rm {e}} ^ {- pu} f (u ) \, \ mathrm {d} u.}![{\ displaystyle \ int _ {0} ^ {\ infty} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t = \ balra (1 + {\ rm {e} } ^ {- pT} + {\ rm {e}} ^ {- 2pT} + \ ldots \ right) \ int _ {0} ^ {T} {\ rm {e}} ^ {- pu} f (u ) \, \ mathrm {d} u.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/909259971e65f88052d218c4d69854220ff2610a)
Ez a geometriai sorozat konvergál (mivel e - pT <1 ). Akkor jön
L{f}(o)=11-e-To∫0Te-otf(t)dt.{\ displaystyle {\ mathcal {L}} \ {f \} (p) = {\ frac {1} {1 - {\ rm {e}} ^ {- Tp}}} \ int _ {0} ^ { T} {\ rm {e}} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t.}
Összefoglaló táblázat a Laplace-transzformáció tulajdonságairól
Az egyoldalú Laplace-transzformáció tulajdonságai
|
Időtartomány
|
"P" domain
|
Hozzászólások
|
---|
Linearitás
|
nál nélf(t)+bg(t){\ displaystyle af (t) + bg (t)}
|
nál nélF(o)+bG(o){\ displaystyle a \ mathrm {F} (p) + b \ mathrm {G} (p)}
|
Az integráció alapvető szabályainak eredményei.
|
---|
A transzformáció származéka
|
tf(t){\ displaystyle tf (t)}
|
-F′(o){\ displaystyle - \ mathrm {F} '(p)}
|
F′{\ displaystyle \ mathrm {F} '} az F. első származéka .
|
---|
A transzformáció
n sorrendű származékai |
tnemf(t){\ displaystyle t ^ {n} f (t)}
|
(-1)nemF(nem)(o){\ displaystyle (-1) ^ {n} \ mathrm {F} ^ {(n)} (p)}
|
Általánosabb forma, F ( p ) n- edik származéka .
|
---|
A függvény első deriváltja az időtartományban
|
f′(t){\ displaystyle f '(t)}
|
oF(o)-f(0-){\ displaystyle p \ mathrm {F} (p) -f \ balra (0 ^ {-} \ jobbra)}
|
Feltételezzük, hogy a ƒ differenciálható, és származtatottja exponenciálisan 0 felé hajlik. Alkatrészekkel történő integrációval kapható .
|
---|
Második származék
|
f″(t){\ displaystyle f '' (t)}
|
o2F(o)-of(0-)-f′(0-){\ displaystyle p ^ {2} \ mathrm {F} (p) -pf \ left (0 ^ {-} \ right) -f '\ left (0 ^ {-} \ right)}
|
ƒ feltételezzük, hogy kétszer differenciálható, a második derivált konvergáló exponenciálisan a végtelenig.
|
---|
A N n-edik származéka
|
f(nem)(t){\ displaystyle f ^ {(n)} (t)}
|
onemF(o)-onem-1f(0-)-⋯-f(nem-1)(0-){\ displaystyle p ^ {n} \ mathrm {F} (p) -p ^ {n-1} f \ bal (0 ^ {-} \ jobb) - \ cdots -f ^ {(n-1)} \ balra (0 ^ {-} \ jobbra)}
|
Feltételezzük, hogy ƒ n- szer differenciálható, n- edik deriváltal, amelynek végtelenül exponenciális konvergenciája van.
|
---|
A Laplace-transzformáció
integrálása |
f(t)t{\ displaystyle {\ frac {f (t)} {t}}}
|
∫o∞F(σ)dσ{\ displaystyle \ int _ {p} ^ {\ infty} \ mathrm {F} (\ sigma) \, \ mathrm {d} \ sigma}
|
|
---|
Integráció
|
∫0tf(τ)dτ=(u∗f)(t){\ displaystyle \ int _ {0} ^ {t} f (\ tau) \, \ mathrm {d} \ tau = (u * f) (t)}
|
1oF(o){\ displaystyle {1 \ over p} \ mathrm {F} (p)}
|
u(t){\ displaystyle u (t)} a Heaviside lépésfüggvénye. Az üzemeltető ( u * f ) ( t ) a konvolúciós termék a u ( t ) és a ƒ ( t ).
|
---|
Az időskála kitágulása
|
f(nál nélt) {\ displaystyle f (at) \}
|
1|nál nél|F(onál nél){\ displaystyle {\ frac {1} {| a |}} \ mathrm {F} \ bal ({p \ aa felett \ jobb)}
|
|
---|
Eltolás o
|
enál néltf(t){\ displaystyle {\ rm {e}} ^ {at} f (t)}
|
F(o-nál nél){\ displaystyle \ mathrm {F} (pa)}
|
Ezt a tulajdonságot néha csillapítási tételnek (vagy modulációs tételnek ) nevezik .
nál nél<0{\ displaystyle a <0}![a <0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e5d7ca60f6ed64b99649dcee21847295fedf206c) |
---|
Időtartomány-váltás
|
f(t-nál nél)u(t-nál nél){\ displaystyle f (ta) u (ta)}
|
e-nál néloF(o){\ displaystyle {\ rm {e}} ^ {- ap} \ mathrm {F} (p)}
|
u ( t ) a Heaviside lépésfüggvénye ( lépésfüggvény )
|
---|
Szorzás
|
f(t)g(t){\ displaystyle f (t) g (t)}
|
12πénlimT→∞∫vs.-énTvs.+énTF(σ)G(o-σ)dσ{\ displaystyle {\ frac {1} {2 \ pi {\ rm {i}}}} \ lim _ {\ mathrm {T} \ to \ infty} \ int _ {c - {\ rm {i}} \ mathrm {T}} ^ {c + {\ rm {i}} \ mathrm {T}} \ mathrm {F} (\ sigma) G (p- \ sigma) \, \ mathrm {d} \ sigma}
|
Az integrációt a Re (σ) = c függőleges vonal mentén hajtjuk végre, amely teljes egészében az F konvergencia sugarán belül helyezkedik el.
|
---|
Convolution termék
|
(f∗g)(t)=∫0tf(τ)g(t-τ)dτ{\ displaystyle (f * g) (t) = \ int _ {0} ^ {t} f (\ tau) g (t- \ tau) \, {\ rm {d}} \ tau}
|
F(o)⋅G(o){\ displaystyle \ mathrm {F} (p) \ cdot \ mathrm {G} (p)}
|
ƒ ( t ) és g ( t ) kiterjesztésre kerül a konvolúciós termék meghatározásához.
R{\ displaystyle \ mathbb {R}}![\ mathbb {R}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/786849c765da7a84dbc3cce43e96aad58a5868dc) |
---|
Komplex ragozás
|
f∗(t){\ displaystyle f ^ {*} (t)}
|
F∗(o∗){\ displaystyle \ mathrm {F} ^ {*} (p ^ {*})}
|
|
---|
Korrelációs függvény
|
f(t)⋆g(t){\ displaystyle f (t) \ csillag g (t)}
|
F∗(-o∗)⋅G(o){\ displaystyle \ mathrm {F} ^ {*} (- p ^ {*}) \ cdot \ mathrm {G} (p)}
|
|
---|
Periodikus funkció
|
f(t){\ displaystyle f (t)}
|
11-e-To∫0Te-otf(t)dt{\ displaystyle {\ frac {1} {1 - {\ rm {e}} ^ {- \ mathrm {T} p}}} \ int _ {0} ^ {\ mathrm {T}} {\ rm {e }} ^ {- pt} f (t) \, \ mathrm {d} t}
|
ƒ ( t ) a T periódus periodikus függvénye oly módon, hogy . Ez az időtartomány-eltolódás tulajdonságából és a geometriai sorozatból származik.
f(t)=f(t+T),∀t≥0{\ displaystyle f (t) = f (t + \ mathrm {T}), \; \ összes t \ geq 0}![f (t) = f (t + {\ mathrm {T}}), \; \ összes t \ geq 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f9553cb712c8e78050d2e111ea7905c87ea2254e) |
---|
Néhány szokásos átalakítás
A monolaterális Laplace-transzformáció csak pozitív támogatással rendelkező (esetleg általánosított) funkciókra érvényes. Éppen ezért ennek a táblának az időbeli függvényei többszörösek (vagy azzal vannak összeállítva) , a funkciólépés egységek (Heaviside) .
Υ{\ displaystyle \ Upsilon}![\ Upsilon](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/96e8c0694e5270ebf60de3a794a27f94a063020a)
A szokásos Laplace-transzformációk táblázata
|
Funkció |
Időtartomány x(t)=L-1{x(o)}{\ displaystyle x (t) = {\ mathcal {L}} ^ {- 1} \ bal \ {\ mathrm {X} (p) \ jobb \}}
|
Laplace-transzformáció x(o)=L{x(t)}{\ displaystyle \ mathrm {X} (p) = {\ mathcal {L}} \ bal \ {x (t) \ jobb \}}
|
Konvergencia régió
|
---|
1 |
Késleltetett Dirac terjesztés |
δ(t-τ) {\ displaystyle \ delta (t- \ tau) \}![\ delta (t- \ tau) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9d6cd3580d0ca4c10c5f4e119b7d59f648f2f7fa) |
e-τo {\ displaystyle {\ rm {e}} ^ {- \ tau p} \}![{{\ rm {e}}} ^ {{- \ tau p}} \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/598f271cd76727d603b73d23554d2cd1ffa6282d) |
∀ o{\ displaystyle \ forall \ p \,}
|
1a |
A Dirac terjesztése |
δ(t) {\ displaystyle \ delta (t) \}![\ delta (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/da851d2e4afb359a36c5cb1c0dcfac6ed2b9ed03) |
1 {\ displaystyle 1 \}![1 \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b98c9e64d6aa790731df88a02cc0d018cce78b87) |
∀ o{\ displaystyle \ forall \ p \,}
|
2 |
késleltetett exponenciális-monomiális |
(t-τ)nemnem!e-α(t-τ)⋅Υ(t-τ){\ displaystyle {\ frac {(t- \ tau) ^ {n}} {n!}} {\ rm {e}} ^ {- \ alpha (t- \ tau)} \ cdot \ Upsilon (t- \ tau)}![{\ frac {(t- \ tau) ^ {n}} {n!}} {{\ rm {e}}} ^ {{- \ alpha (t- \ tau)}} \ cdot \ Upsilon (t- \ tau)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/771e528d523b6e7b9015cf9b9176d632d689f213) |
e-τo(o+α)nem+1{\ displaystyle {\ frac {{\ rm {e}} ^ {- \ tau p}} {(p + \ alpha) ^ {n + 1}}}}![{\ frac {{{\ rm {e}}} ^ {{- \ tau p}}} {(p + \ alpha) ^ {{n + 1}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d1bab066a95ee3968da2d3d58febc39b5332caae) |
Újra(o)>0{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \,}
|
2a |
teljesítmény n- edik |
tnemnem!⋅Υ(t){\ displaystyle {t ^ {n} \ over n!} \ cdot \ Upsilon (t)}![{t ^ {n} \ n felett!} \ cdot \ Upsilon (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/38c2458736e6d574ce7e0724d76bf933a5500149) |
1onem+1{\ displaystyle {1 \ p ^ {n + 1}}} felett![{1 \ p ^ {{n + 1}}} felett](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b63fc9c8b96c62608a4cdb9f98da0e87053e3655) |
Újra(o)>0{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \,}
|
2a.1 |
q- edik teljesítmény |
tqΓ(q+1)⋅Υ(t){\ displaystyle {t ^ {q} \ over \ Gamma (q + 1)} \ cdot \ Upsilon (t)}![{t ^ {q} \ over \ Gamma (q + 1)} \ cdot \ Upsilon (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/530d45053e48ebe5c25782c7b26c60bcaad0ea8f) |
1oq+1{\ displaystyle {1 \ p ^ {q + 1}}} felett![{1 \ p ^ {{q + 1}}} felett](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/20f2639ea25890a97652204fb8d16d1189209c4a) |
Újra(o)>0{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \,}
|
2a.2 |
egységszint |
Υ(t) {\ displaystyle \ Upsilon (t) \}![\ Upsilon (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4de5078cbafbc6ebfcfe616b4dcdc5dc6c5a92da) |
1o{\ displaystyle {1 \ p felett}![{1 \ p fölött}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8f75c1e4fdc0f8b538505765ce708eab6668fc14) |
Újra(o)>0{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \,}
|
2b |
késleltetett lépés |
Υ(t-τ) {\ displaystyle \ Upsilon (t- \ tau) \}![\ Upsilon (t- \ tau) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b4cdec852be9c502fe85c196e95cddbc06d69328) |
e-τoo{\ displaystyle {{\ rm {e}} ^ {- \ tau p} \ over p}}![{{{\ rm {e}}} ^ {{- \ tau p}} \ p felett}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/49bd58d20b2cdddba7caa7d84b98b63f1b9e081a) |
Újra(o)>0{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \,}
|
2c |
rámpa |
t⋅Υ(t) {\ displaystyle t \ cdot \ Upsilon (t) \}![t \ cdot \ Upsilon (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/249a44c122a3e7ae48891b54aa7ddf183e33937d) |
1o2{\ displaystyle {\ frac {1} {p ^ {2}}}}![{\ frac 1 {p ^ {2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/11c4d69a251a144c14c0f73aef3cbaf98462151e) |
Újra(o)>0{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \,}
|
2d |
exponenciális-monomiális |
tnemnem!e-αt⋅Υ(t){\ displaystyle {\ frac {t ^ {n}} {n!}} {\ rm {e}} ^ {- \ alpha t} \ cdot \ Upsilon (t)}![{\ frac {t ^ {n}} {n!}} {{\ rm {e}}} ^ {{- \ alpha t}} \ cdot \ Upsilon (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4b0df4ccd303212056aa73d66012865f017b19dd) |
1(o+α)nem+1{\ displaystyle {\ frac {1} {(p + \ alpha) ^ {n + 1}}}}![{\ frac 1 {(p + \ alpha) ^ {{n + 1}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/41a9a7ddf674e147a095312129cb06047b7738eb) |
Újra(o)>-α{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> - \ alfa \,}
|
2d.1 |
exponenciális |
e-αt⋅Υ(t) {\ displaystyle {\ rm {e}} ^ {- \ alpha t} \ cdot \ Upsilon (t) \}![{{\ rm {e}}} ^ {{- \ alpha t}} \ cdot \ Upsilon (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/45ae8406cfc8ac448d094fbf45fbb320e675c2f8) |
1o+α{\ displaystyle {1 \ p + \ alfa}} felett![{1 \ p + \ alfa felett](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2a4272ad07da8e5973a1e3904b0bfac435f49066) |
Újra(o)>-α {\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> - \ alfa \}
|
3 |
exponenciális megközelítés |
(1-e-αt)⋅Υ(t) {\ displaystyle (1 - {\ rm {e}} ^ {- \ alpha t}) \ cdot \ Upsilon (t) \}![(1 - {{\ rm {e}}} ^ {{- \ alpha t}}) \ cdot \ Upsilon (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e1ea4e3f05f0be3f40837a9abdc93b3773f079fc) |
αo(o+α){\ displaystyle {\ frac {\ alpha} {p (p + \ alpha)}}}![{\ frac {\ alpha} {p (p + \ alpha)}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a057622bee09a46c881ae21a012209ca5017080b) |
Újra(o)>0 {\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \}
|
4 |
sinus |
bűn(ωt)⋅Υ(t) {\ displaystyle \ sin (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t) \}![\ sin (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/39de5b1f41625e240a6a8837bbcdc293565b734c) |
ωo2+ω2{\ displaystyle {\ omega \ over p ^ {2} + \ omega ^ {2}}}![{\ omega \ over p ^ {2} + \ omega ^ {2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dd231d93553015266fb2bef02b78f9f6f7f25ed6) |
Újra(o)>0 {\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \}
|
5. |
koszinusz |
kötözősaláta(ωt)⋅Υ(t) {\ displaystyle \ cos (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t) \}![\ cos (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/43cb9bc1ffa489a0b22498903b5b45a10b7f8676) |
oo2+ω2{\ displaystyle {p \ over p ^ {2} + \ omega ^ {2}}}![{p \ over p ^ {2} + \ omega ^ {2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8c90da90536b8c4ddecc6ced2a3ee4d6668e910e) |
Újra(o)>0 {\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \}
|
6. |
hiperbolikus szinusz |
sinh(αt)⋅Υ(t) {\ displaystyle \ sinh (\ alfa t) \ cdot \ Upsilon (t) \}![\ sinh (\ alfa t) \ cdot \ Upsilon (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e39bee05d6a35a1076210d07da6ca71abc5924fe) |
αo2-α2{\ displaystyle {\ alpha \ over p ^ {2} - \ alpha ^ {2}}}![{\ alpha \ over p ^ {2} - \ alpha ^ {2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f47e86478748f2d1e9d6a26d076cf9d9c2c45e66) |
Újra(o)>|α| {\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> | \ alpha | \}
|
7 |
hiperbolikus koszinusz |
kényelmes(αt)⋅Υ(t) {\ displaystyle \ cosh (\ alfa t) \ cdot \ Upsilon (t) \}![\ cosh (\ alfa t) \ cdot \ Upsilon (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d1463f8caaad7b20b00f4f0e5b6d149993dc887d) |
oo2-α2{\ displaystyle {p \ over p ^ {2} - \ alpha ^ {2}}}![{p \ over p ^ {2} - \ alpha ^ {2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/66f0e7c29292ca7f48cdb705f42cef6a91d5a7f4) |
Újra(o)>|α| {\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> | \ alpha | \}
|
8. |
szinuszhullám exponenciális bomlása |
e-αtbűn(ωt)⋅Υ(t) {\ displaystyle {\ rm {e}} ^ {- \ alfa t} \ sin (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t) \}![{{\ rm {e}}} ^ {{- \ alfa t}} \ sin (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0090ed7bf5101d1afa24b3199350a4ceff4f56ca) |
ω(o+α)2+ω2{\ displaystyle {\ omega \ over (p + \ alfa) ^ {2} + \ omega ^ {2}}}![{\ omega \ over (p + \ alfa) ^ {2} + \ omega ^ {2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e8dac8f7c8eceb1876bedaae12f3507a1a08129f) |
Újra(o)>-α {\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> - \ alfa \}
|
9. |
egy koszinusz-hullám exponenciális bomlása |
e-αtkötözősaláta(ωt)⋅Υ(t) {\ displaystyle {\ rm {e}} ^ {- \ alfa t} \ cos (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t) \}![{{\ rm {e}}} ^ {{- \ alfa t}} \ cos (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t) \](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6def00b624af31919bb28d1e4970e0eeabf6504a) |
o+α(o+α)2+ω2{\ displaystyle {p + \ alpha \ over (p + \ alpha) ^ {2} + \ omega ^ {2}}}![{p + \ alpha \ over (p + \ alpha) ^ {2} + \ omega ^ {2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fba6340bd3709d39c1c709238ab48e20d136971d) |
Újra(o)>-α {\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> - \ alfa \}
|
10. |
n-edik gyök |
tnem⋅Υ(t){\ displaystyle {\ sqrt [{n}] {t}} \ cdot \ Upsilon (t)}![{\ sqrt [{n}] {t}} \ cdot \ Upsilon (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c8e4558b49e1aaa539b6f92ef3d64f3f05af537c) |
o-(nem+1)/nem⋅Γ(1+1nem){\ displaystyle p ^ {- (n + 1) / n} \ cdot \ Gamma \ bal (1 + {\ frac {1} {n}} \ jobb)}![p ^ {{- (n + 1) / n}} \ cdot \ Gamma \ bal (1 + {\ frac 1n} \ jobb)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/48a8d40d8046f49483fdb6d400f8d7e0a1cc8696) |
Újra(o)>0{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \,}
|
11. |
logaritmus |
ln(tt0)⋅Υ(t){\ displaystyle \ ln \ bal ({t \ over t_ {0}} \ right) \ cdot \ Upsilon (t)}![\ ln \ bal ({t \ over t_ {0}} \ right) \ cdot \ Upsilon (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0cee4b56afe804e33d9fe6fb8d4d04b4c12b594e) |
-t0o [ ln(t0o)+γ ]{\ displaystyle - {t_ {0} \ felett p} \ [\ \ ln (t_ {0} p) + \ gamma \]}![- {t_ {0} \ felett p} \ [\ \ ln (t_ {0} p) + \ gamma \]](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/132bf1f09535db939c44a4afdcf97afe62d09111) |
Újra(o)>0{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \,}
|
12. |
Az első típusú Bessel-függvény , sorrendben n
|
Jnem(ωt)⋅Υ(t){\ displaystyle J_ {n} (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t)}![J_ {n} (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e38b5658264ac3bf16f1646a5c5a079caad52ce9) |
ωnem(o+o2+ω2)-nemo2+ω2{\ displaystyle {\ frac {\ omega ^ {n} \ balra (p + {\ sqrt {p ^ {2} + \ omega ^ {2}}} \ jobbra) ^ {- n}} {\ sqrt {p ^ {2} + \ omega ^ {2}}}}}![{\ frac {\ omega ^ {n} \ balra (p + {\ sqrt {p ^ {2} + \ omega ^ {2}}} \ jobbra) ^ {{- n}}} {{\ sqrt {p ^ {2} + \ omega ^ {2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/240a2c1da6c71da8de473b0f5c4f854c290a2c91) |
Újra(o)>0{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \,} (nem>-1){\ displaystyle (n> -1) \,}
|
13. |
az első típusú módosított Bessel-függvény, n |
énnem(ωt)⋅Υ(t){\ displaystyle \ mathrm {I} _ {n} (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t)}![{\ mathrm {I}} _ {n} (\ omega t) \ cdot \ Upsilon (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/864aa70102bb52d143fafe054d9c029cacefa046) |
ωnem(o+o2-ω2)-nemo2-ω2{\ displaystyle {\ frac {\ omega ^ {n} \ balra (p + {\ sqrt {p ^ {2} - \ omega ^ {2}}} \ jobbra) ^ {- n}} {\ sqrt {p ^ {2} - \ omega ^ {2}}}}}![{\ frac {\ omega ^ {n} \ balra (p + {\ sqrt {p ^ {2} - \ omega ^ {2}}} \ jobbra) ^ {{- n}}} {{\ sqrt {p ^ {2} - \ omega ^ {2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0698aee42445b358527af7b5a2bf40884a95f35e) |
Újra(o)>|ω|{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> | \ omega | \,} (nem>-1){\ displaystyle (n> -1) \,}
|
14 |
hiba funkció |
erf(t)⋅Υ(t){\ displaystyle \ mathrm {erf} (t) \ cdot \ Upsilon (t)}![{\ mathrm {erf}} (t) \ cdot \ Upsilon (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8d80688fd2f95d3a8ee58a0de1a151b9a61068a6) |
eo2/4erfc(o/2)o{\ displaystyle {{\ rm {e}} ^ {p ^ {2} / 4} \ kezelőnév {erfc} \ bal (p / 2 \ jobb) \ felett p}}![{{{{rm {e}}} ^ {{p ^ {2} / 4}} \ kezelőnév {erfc} \ balra (p / 2 \ jobbra) \ p fölött}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7aae0d5dcae59480d25bdcc2e66b1294f2305cd0) |
Újra(o)>0{\ displaystyle \ kezelőnév {Re} (p)> 0 \,}
|
Megjegyzések:
-
Υ(t){\ displaystyle \ Upsilon (t) \,}
a Heaviside funkcióját képviseli .
-
δ(t){\ displaystyle \ delta (t) \,}
a Dirac függvényt képviseli .
-
Γ(z){\ displaystyle \ Gamma (z) \,}
a Gamma funkció .
-
γ{\ displaystyle \ gamma \,}
az Euler-Mascheroni állandó .
-
t{\ displaystyle t \,}
, valós szám, jellemzően az időt jelöli , de bármilyen más mennyiséget is jelölhet.
-
o{\ displaystyle p \,}
komplex szám.
-
q{\ displaystyle q \,}
valós szám ( ).q+1>0{\ displaystyle q + 1> 0}![q + 1> 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/31a60fafcac0cc0750ec946405fd49589b4f7420)
-
α{\ displaystyle \ alfa \,}
, , , És valós számok.β{\ displaystyle \ beta \,} τ{\ displaystyle \ tau \,} ω{\ displaystyle \ omega \,}![\ omega \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1caedcdf3f920c9e1271a9500bf2621df8a46c0c)
-
nem{\ displaystyle n \,}
egész szám.
|
Példa a Laplace-transzformáció villamos energia felhasználására
Az "R, C" nevű áramkört tekintjük, amely egy R értékű elektromos ellenállásból és egy C elektromos kapacitású kondenzátorból áll , sorba helyezve. Minden esetben úgy tekintjük, hogy az áramkört az ideális feszültséggenerátor kapcsainál helyezzük el, amely egy (általában) változó feszültséget szolgáltat u ( t ), csak a dátumok kezdőpontjának választott pillanatban, és hogy a kondenzátort kezdetben terheljük.
Így a kondenzátor q ( t ) töltésére és az áram áramára a következő kezdeti feltételek vonatkoznak:
én(t)≡dqdt{\ displaystyle i \ bal (t \ jobb) \ equiv {\ frac {{\ rm {d}} q} {{\ rm {d}} t}}}![i \ bal (t \ jobb) \ equiv {\ frac {{{\ \ rm {d}}} q} {{{\ rm {d}}} t}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/47095c875c7acefdbeebdf837b92f4eb2ef352fe)
q(0-)=0,én(0-)=0.{\ displaystyle q \ left (0 ^ {-} \ right) = 0, i \ left (0 ^ {-} \ right) = 0.}![q \ bal (0 ^ {-} \ jobb) = 0, i \ bal (0 ^ {-} \ jobb) = 0.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0393e549fc1d612e84f010ff7111a972b2ca44b0)
A kondenzátor feltöltése feszültséglépéssel
A következő u ( t ) feszültséget alkalmazzuk :
u(t)={0, ha t<0U0=vs.te, ha t≥0,{\ displaystyle u (t) = {\ begin {esetben} 0, {\ text {si}} t <0 \\\ mathrm {U} _ {0} = cte, {\ text {si}} t \ geq 0 \ vég {esetek}},}![u (t) = {\ elején {esetek} 0, {\ text {si}} t <0 \\ {\ mathrm {U}} _ {0} = cte, {\ text {si}} t \ geq 0 \ end {esetek}},](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2a89637aefb352268024776ea2a6339a84fe6bd5)
és a q ( t ) választ az u ( t ) bemenetre kapcsoló differenciálegyenlet a szokásos villamosenergia-törvények alkalmazásával történik:
U0Υ(t)=Rdqdt+q(t)VS,{\ displaystyle \ mathrm {U} _ {0} \ Upsilon (t) = \ mathrm {R} {\ frac {\ mathrm {d} q} {\ mathrm {d} t}} + {\ frac {q ( t)} {\ mathrm {C}}},}![{\ mathrm {U}} _ {0} \ Upsilon (t) = {\ mathrm {R}} {\ frac {{\ mathrm {d}} q} {{\ mathrm {d}} t}} + { \ frac {q (t)} {{\ mathrm {C}}}},](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ce8fb606b4f69949c4831626a00fbf9a9f2116f0)
vagy ismét úgy, hogy beállítjuk a τ ≡ RC értéket (ennek a mennyiségnek egy időtartama van) és elosztjuk R-vel:
VSU0τΥ(t)=q(t)τ+dqdt.{\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {C} \ mathrm {U} _ {0}} {\ tau}} \ Upsilon (t) = {\ frac {q (t)} {\ tau}} + {\ frac {\ mathrm {d} q} {\ mathrm {d} t}}.}![{\ frac {{\ mathrm {C}} {\ mathrm {U}} _ {0}} {\ tau}} \ Upsilon (t) = {\ frac {q (t)} {\ tau}} + { \ frac {{\ mathrm {d}} q} {{\ mathrm {d}} t}}.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/44af3b2b487ddc1935b2dfd92c7e1c37bbbb46c7)
Az utolsó egyenlet tag-tag Laplace-transzformációját vesszük, amely Q ( p ) -t jelöli q ( t ) transzformációjába. Ez jön, figyelembe véve azt a tényt, hogy q (0 - ) = 0:
Q(o)=VSU01τo((1τ)+o),{\ displaystyle \ mathrm {Q} (p) = \ mathrm {C} \ mathrm {U} _ {0} {\ frac {\ frac {1} {\ tau}} {p \ balra (({\ frac { 1} {\ tau}}) + p \ jobbra)}},}![{\ mathrm {Q}} (p) = {\ mathrm {C}} {\ mathrm {U}} _ {0} {\ frac {{\ frac 1 {\ tau}}} {p \ left (({ \ frac 1 {\ tau}}) + p \ jobb)}},](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/75a66ea49942a6bb421010edf2b8429c1194ba1f)
amelyet a következő formában is meg lehet írni:
Q(o)=H(o)U(o), val vel H(o)≡(1/τ)[(1/τ)+o],{\ displaystyle \ mathrm {Q} (p) = \ mathrm {H} (p) \ mathrm {U} (p) {\ text {,}} \ mathrm {H} (p) \ equiv {\ frac { \ balra (1 / \ tau \ jobbra)} {\ balra [(1 / \ tau) + p \ jobbra}}},}
az RC rendszer
átviteli funkciója és a bemenet Laplace transzformációja.
U(o)=VSU0/o,{\ displaystyle \ mathrm {U} (p) = \ mathrm {C} \ mathrm {U} _ {0} / p,}![{\ mathrm {U}} (p) = {\ mathrm {C}} {\ mathrm {U}} _ {0} / p,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/55b3c1e1c80925210f8016ef6acc0d55d1b3e6db)
Ezt az egyenletet azonnal megfordíthatjuk (a fenti táblázatból a 3. bejegyzés számát használjuk α = 1 / τ-val ):
q(t)=U0VS[1-e-t/τ]Υ(t).{\ displaystyle q (t) = \ mathrm {U} _ {0} \ mathrm {C} \ balra [1 - {\ rm {e}} ^ {- t / \ tau} \ jobbra] \ Upsilon (t) .}![q (t) = {\ mathrm {U}} _ {0} {\ mathrm {C}} \ balra [1 - {{\ rm {e}}} ^ {{- t / \ tau}} \ jobbra] \ Upsilon (t).](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ca40dc9632a8ac652f39af906f2787e1427834bf)
A megoldás fizikai értelmezése nagyon egyszerű: van egy átmeneti rezsim
qtrnál nélnems(t)=-U0VSe-t/τ,{\ displaystyle q _ {\ mathrm {trans}} \ bal (t \ jobb) = - \ mathrm {U} _ {0} \ mathrm {C} {\ rm {e}} ^ {- t / \ tau} ,}![q _ {{\ mathrm {trans}}} \ bal (t \ jobb) = - {\ mathrm {U}} _ {0} {\ mathrm {C}} {{\ rm {e}}} ^ {{ - t / \ tau}},](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d709af70fc525821b2125782e17e17240e782b14)
amely a kondenzátor progresszív töltését, az időskálát adó τ the RC mennyiséget írja le (ez egy példa a rendszer időállandójára ), állandó állapotban
Qoerm=VSU0≡Qm{\ displaystyle \ mathrm {Q_ {perm}} = \ mathrm {C} \ mathrm {U} _ {0} \ equiv \ mathrm {Q_ {m}}}![{\ mathrm {Q _ {{perm}}}} = {\ mathrm {C}} {\ mathrm {U}} _ {0} \ equiv {\ mathrm {Q _ {{m}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/372e7c002cb3f44a8dc037921979e83e31514535)
amely megfelel a teljesen feltöltött kondenzátor állapotának az U 0 feszültség alatt . Könnyen kimutatható, hogy a kondenzátor 90% -ban feltöltött ( q = 0,90 Q m ) a T = τ ln (10) ≈ 2,3025 τ periódus végén .
Az (1 - e - t / τ ) kifejezés a rendszer átviteli függvénye az időtartományban.
Láthatjuk a Laplace-transzformáció egyszerű alkalmazhatóságát, amely lehetővé teszi a teljes eltérést az idő térbeli differenciálegyenlet felbontásától a " p " tér átjárásával . Sőt, az átalakítás során figyelembe veszik a kezdeti feltételeket.
Megjegyzések és hivatkozások
Megjegyzések
-
Bourlès 2010 (12.3.4. Bekezdés), Bourlès és Marinescu 2011 , 7.3.4.1.
-
Denis-Papin és Kaufmann 1967 .
-
J.-É. Rombaldi, Javított gyakorlatok és problémák a matematika összesítéséhez , De Boeck Supérieur ,2018( online olvasható ) , p. 193.
-
Bourlès 2010 , p. 356.
-
(in) Milton Abramowitz és Irene Stegun , Handbook of Matematikai függvények és képletek, grafikonok, táblázatok és matematikai [ kiadói részletek ] ( olvasható online ), fej. 29. („Laplace-transzformációk”), p. 1020: 29.2.4. és 29.2.5
-
(in) Milton Abramowitz és Irene Stegun , Handbook of Matematikai függvények és képletek, grafikonok, táblázatok és matematikai [ kiadói részletek ] ( olvasható online ), fej. 29. („Laplace-transzformációk”), p. 1020: 29.1.1.
-
Schwartz 1965 , VI, 2; 2.
-
André Desbiens, „ Lineáris rendszerek és ellenőrzési GEL-2005. 3. fejezet: Laplace-transzformáció ” , az Université Laval-on , p. 33.
-
Bracewell 2000 , 14.1. Táblázat, p. 385.
-
A rakatot a szorzással C.
Hivatkozások
- Henri Bourlès , a Linear Systems , John Wiley & Sons ,2010, 544 p. ( ISBN 978-1-84821-162-9 és 1-84821-162-7 , olvassa el online )
- Henri Bourlès és Bogdan Marinescu , lineáris időváltozó rendszerek: algebrai-analitikus megközelítés , Springer,2011, 638 p. ( ISBN 3642197264 )
-
(en) Ronald N. Bracewell , The Fourier Transform and Applications , Boston, McGraw-Hill,2000, 3 e . ( ISBN 0-07-116043-4 ).
- M. Denis-Papin és A. Kaufmann , alkalmazott operatív számítási tanfolyam , Albin Michel ,1967( ASIN B003WR50TY )
- Laurent Schwartz , Matematikai módszerek a fizikai tudományokhoz , Hermann ,1965( ISBN 2-7056-5213-2 )
- (en) DV Widder , The Laplace Transform , Dover Publications ,2011, 406 p. ( ISBN 978-0-486-47755-8 és 0-486-47755-X )
Lásd is
Kapcsolódó cikkek
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">