拉普拉斯變換

積分的變換(transform of an integral)

如果對函數微分對應於把它的變換乘以 s,你也許會猜:積分——相反的運算——對應於除以 s。這個猜測完全正確,它給出導數規律的搭檔規律:一個乾淨地變換累積量的方法。

規律是 L{ integral from 0 to t of f(tau) d tau } = F(s) / s。換句話說:若 g(t) 是 f 的累積積分(從 0 到當前時刻 t 之間 f 下方的面積),則 g 的變換就是 f 的變換除以 s。微分把一個 s 因子提到前面,積分則把一個 s 因子推進分母——是鏡像。這裡沒有殘留的邊界項,因為累積積分從 0 開始,所以在 t = 0 時值為 0;初始條件自動為零。

這條規律在兩個方向上都好用。正向,它能變換含有未知函數之積分的方程或系統——例如帶電容的電路所給的積分微分方程,其中電荷是電流的積分。反向,它給出一個反演技巧:若你能把 F(s) 反演成 f(t),則 F(s)/s 反演成 f 的積分,所以 s 域中多一個 1/s 因子就表示「把答案積分一次」。這把某些棘手的反演變成熟悉的積分。

反演 1/(s(s^2 + 1))。把它讀成 [1/(s^2 + 1)] / s,又知 1/(s^2 + 1) 反演成 sin(t),多出的 1/s 表示積分:integral from 0 to t of sin(tau) d tau = 1 - cos(t)。所以反演結果是 1 - cos(t)。

F(s) 中多一個 1/s 表示「把答案從 0 到 t 積分」。

這條規律是針對從 0 開始的積分。下限不同的積分會帶來一個常數,使結果平移——把下限保持在 0(或把常數吸收掉)才得到乾淨的 F(s)/s 形式。

又稱
integration ruleintegral rule for L積分的拉氏變換積分法則