拉普拉斯變換

變換的線性(linearity of the transform)

假設你要把一張購物清單從一種貨幣換成另一種。你可以把每件商品的價格分別換算再加起來,也可以先把價格加總再換算總額——得到的結果一樣。拉普拉斯變換有著正是這種公平性:它尊重加法與縮放。這個性質有個名字——線性(linearity)——也正是它讓變換能用手算。

精確地說,線性同時講兩件事。第一,和的變換等於變換的和:L{f(t) + g(t)} = L{f(t)} + L{g(t)}。第二,常數倍率可以直接穿過:對任意常數 c 有 L{c f(t)} = c L{f(t)}。合起來就是 L{a f(t) + b g(t)} = a F(s) + b G(s)。這直接從定義得出,因為定義用的積分本身就是線性的——和的積分可以拆成積分的和,常數可以提到積分外面。

實務上這表示你絕不會把一個複雜式子當成一整塊來變換。你把它拆成你認得的簡單部件——常數、冪、指數、正弦——逐一從表上查出變換,乘上它的係數,再加起來。同樣的邏輯反過來用於反變換。線性就是那個默默工作的主力,把冗長的式子化成簡短、機械化的查表。

對 3 + 2 e^(4t) 做變換。由線性,它等於 3 L{1} + 2 L{e^(4t)} = 3 (1/s) + 2 (1/(s - 4)) = 3/s + 2/(s - 4)。不需要做任何一個完整積分——只是把兩個表項組合起來。

拆開、逐項變換、再組合——這就是線性在運作。

線性只適用於和與常數倍,絕不適用於乘積:L{f(t) g(t)} 並不是 F(s) G(s)。乘積的變換是另一回(卷積),屬於另一個主題。

又稱
linearity rule線性性質線性法則