拉普拉斯變換
乘以 t(對 s 微分)(differentiation in s)
拉普拉斯世界裡藏著一種令人愉悅的對稱。導數規律顯示對 t 微分(大致)對應於乘以 s。這條規律是另一邊的搭檔:在時間域乘以 t,對應於對 s 微分。當你在兩個域之間穿越時,這兩個運算互換位置。
規律是 L{t f(t)} = -F'(s),其中 F'(s) 表示 F 對 s 的導數。更一般地,乘以 t^n 帶來 n 次導數並附上符號:L{t^n f(t)} = (-1)^n F^(n)(s)。那個減號來自積分裡的 e^(-st):對 s 微分那個因子會帶下一個 -t,所以每對 s 微分一次,就等於乘上一次 -t。這給了你一個方法,能從舊變換造出新變換而不必重做積分——你只要對已有的變換微分。
它也是冪變換最乾淨的來源:從 L{1} = 1/s 出發反覆微分,就還原出 L{t} = 1/s^2、L{t^2} = 2/s^3 以及整個家族。更重要的是,當外力項形如 t 乘上某物——例如 t sin(t) 或 t e^(t),這些恰好出現在通常的猜測必須乘以 t 的共振情形——時,你就需要這條規律。每當遇到這類項,對 s 微分就是乾淨地變換它的工具。
求 L{t e^(2t)}。從 F(s) = L{e^(2t)} = 1/(s - 2) 出發。微分:F'(s) = -1/(s - 2)^2。則 L{t e^(2t)} = -F'(s) = 1/(s - 2)^2。(這和把第一平移定理用在 L{t} = 1/s^2 上得到的答案相同。)
在時間域乘以 t = 在 s 域微分(並取負)。
留意符號:每一個 t 帶來一個 -1 因子,所以 L{t f(t)} = -F'(s),但 L{t^2 f(t)} = +F''(s)(兩個負號相消)。符號隨 t 的冪交替變化。
又稱
另見