拉普拉斯變換:不連續與脈衝強迫
把強迫項開啟與關閉(turning forcing on and off)
推力常常只作用一段時間:推進器點火十秒、加熱器運轉到中午、按鈕按住再放開。把強迫項開啟與關閉,是把這類有限時長或延遲的推力寫成乾淨公式的實用技巧——用亥維賽階躍當作閘門——好讓拉普拉斯變換能整個吞下。
積木很簡單。要在時刻 a 開啟一個強迫項 g(t),就乘上一個階躍:g(t) u(t - a) 在 t = a 把它打開並保持開著。要把它限制在從 a 到 b 的窗口內,就減去第二個階躍:g(t) [u(t - a) - u(t - b)] 只在 a 與 b 之間是 g,外面是零。一個短暫的脈衝——開一下、又關掉——不過是一個窄窗口。疊起幾個窗口,你就建出階梯、爆發模式、任何會切換的東西。變換前的關鍵紀律,是把每個開閘的塊改寫成自變數讀作 (t - a),以符合第二平移定理,使每個積木變換成 e^(-as) 乘以一個查表項。
這是整個領域每天的面貌:階躍函數提供閘門,第二平移定理提供每個延遲閘門的變換,結果是任何開了又關的強迫項,在 s 域裡都化簡成一串帶指數標籤的項之和。從那裡常微分方程就能代數地求解,而解會自動知道每個推力何時開始、何時停止。
只在 2 ≤ t < 5 作用的單位力是 f(t) = u(t - 2) - u(t - 5),其變換是 (e^(-2s) - e^(-5s))/s——一個在 2 開、在 5 關的力的單一整齊表達式。
兩個階躍把力閘進一個有限窗口;每個階躍貢獻自己的指數標籤。
當你用 u(t - a) 對 g(t) 開閘時,變換需要把 g 寫成 (t - a) 的函數,而非 t。例如 u(t - a) g(t) 與 u(t - a) g(t - a) 的變換不同;只有後者直接符合第二平移定理。
又称
另见