拉普拉斯變換

拉普拉斯反變換(inverse Laplace transform)

如果拉普拉斯變換是把時間語言翻成 s 語言,拉普拉斯反變換就是把字典倒著讀——翻譯回家。當你在 s 域做完容易的代數、手上握著一個函數 F(s) 後,反變換就是把那個答案翻回你真正想要的、實際的時間函數 f(t)。

我們寫成 f(t) = L^(-1){F(s)},定義為撤銷正變換:若 L{f} = F,則 L^(-1){F} = f。有一個形式上的積分定義(複平面上的圍道積分),但你幾乎從不用它。實務上反變換靠辨認來做:你操弄 F(s)——用線性、部分分式、配方、平移定理——直到每一塊都對上變換表的某一列,然後讀出每列對應的時間函數。所以 1/(s - 3) 你認出是 e^(3t);s/(s^2 + 4) 是 cos(2t);2/s^3 是 t^2。反變換主要是一項由小表支撐的模式辨認技巧。

一個令人安心的事實使查表法合法:對我們處理的良好函數而言,反變換本質上是唯一的——兩個有相同變換的連續函數就是同一個函數。所以一旦你把 F(s) 揉成可辨認的部件並逐一對上,你就能確信得到的是真正的答案,而非眾多可能之一。這是每個拉普拉斯解的最後一步:變換、求解,然後反變換回到時間的世界。

反演 F(s) = (s + 5)/(s^2 + 4)。拆成 s/(s^2 + 4) + 5/(s^2 + 4) = s/(s^2 + 4) + (5/2)[2/(s^2 + 4)]。逐列讀出:cos(2t) + (5/2) sin(2t)。這就是 f(t)。

把 F(s) 揉成符合表形的部件,再把每一塊讀回時間域。

反演的難處幾乎總在於把 F(s) 化成能查表的部件那部分代數——配方、部分分式——而不是查表本身。如果某一項對不上表,那就是你還沒化簡完。

又稱
L^(-1)inverse transform拉氏反變換反變換