拉普拉斯變換

拉普拉斯逆變換

一旦你解完代數、手裡握著 s 域中的一個函數 F(s),你還需要回到時間。拉普拉斯逆變換就是從變換 F(s) 還原出原函數 f(t) 的運算——那趟把代數答案變回真實時間函數的返程。

在日常實踐中,你幾乎從不按其真正的積分定義去算它。取而代之的是倒著讀變換表,但要先把 F(s) 拆成可識別的塊。標準工具是部分分式分解:把有理的 F(s) 拆成 A/(s - a)、B/(s^2 + omega^2)、(C s + D)/((s - a)^2 + omega^2) 這樣的簡單分式,每一塊都是已知的表項。再靠線性逐項求逆。平移定理負責處理被平移和被指數加窗的塊。對連續函數而言逆變換是良定的:兩個有相同變換的連續函數必相等(萊爾赫定理),所以你找到的答案就是答案。

表的背後是真正的定義——布羅姆維奇圍道積分,即沿收斂域內一條豎直線的複線積分——對那些非有理的變換,複分析中的留數定理可直接求值。但對主導應用的常係數問題,部分分式加上查表就能包辦全部工作,這正是為什麼逆變換這一步幾乎從不讓人覺得是在做複分析。

對 (s + 3)/(s^2 + 2 s + 5) 求逆:配方為 (s + 1)^2 + 4,把 s + 3 寫成 (s + 1) + 2,讀出 e^{-t}(cos 2 t + sin 2 t)。

配方法加第一平移定理,把一個晦澀的有理函數變成了一個阻尼正弦。

唯一性只在「相差一個零測集」的意義下成立:兩個函數除了在孤立點處都相等,便共享同一變換,所以逆變換是在連續函數中唯一,而非對每個函數都字面唯一。

又稱
inverse transform逆变换逆變換L-inverse