拉普拉斯變換

積分的變換

如果在時域裡求導是把變換乘以 s,那麼在時域裡積分就該做相反的事——確實如此。這條規則是導數規則的鏡像,它讓你能處理累積量:流過的總電荷、總位移,任何由對某個速率積分而累積起來的東西。

其陳述是:若 L{f(t)} = F(s),則 L{ 從 0 到 t 的 f(tau) d tau } = F(s)/s。在時域裡從 0 到 t 積分,對應在變換裡除以 s。原因恰是導數規則反過來用:累積積分 g(t) 滿足 g'(t) = f(t) 且 g(0) = 0,所以 s G(s) - 0 = F(s),給出 G(s) = F(s)/s。每多積分一次,就再除以一個 s。

在電路分析中,這是處理電容的變換——電容電壓是電流的積分;在力學中,它處理作為速度積分的位置。它也解釋了為什麼階躍函數 1/s 與斜坡 1/s^2 恰好相差一個 s 因子:對常數 1 積分得到斜坡 t,而把 1/s 除以 s 得到 1/s^2。除以 s(積分)與乘以 s(求導)之間這種乾淨的對稱,是整套變換演算的代數核心。

由 L{sin(omega t)} = omega/(s^2 + omega^2),從 0 到 t 的 sin(omega tau) d tau 的變換是 omega/(s(s^2 + omega^2)),與其已知值 (1 - cos(omega t))/omega 相符。

把正弦的變換除以 s,重現了它累積積分的變換——一個快速的一致性檢驗。

該規則假定積分從 0 起;下限不同的積分會帶一個額外常數,所以在除以 s 之前,先把它改寫成「從 0 起的累積積分加上那個常數」。

又稱
integration theorem积分定理積分定理division-by-s rule