拉普拉斯變換
分段連續(piecewise continuity)
想像一道樓梯,或是一個小時內被撥動幾次的電燈開關:你追蹤的東西,其圖形除了少數幾個突然跳變的時刻外,都平滑而規矩。分段連續正是「除了幾處乾淨的跳變外都連續」的精確說法。它恰好是拉普拉斯變換對輸入函數所需的那一點點良好性質。
正式地說,函數 f(t) 在一個區間上分段連續,是指你能把區間切成有限多段,在每一段上 f 都連續,而在每個斷點處函數由左趨近一個有限值、由右趨近一個有限值——兩者可以不同(這就是跳變),但都不准跑到無窮。所以你允許有限多個有限的跳變,卻禁止垂直漸近線(值爆掉)以及無窮多次的振盪斷裂。在任一段上圖形是一條不間斷的曲線;唯一的戲劇性發生在段與段的接縫處。
為什麼這會出現在拉普拉斯理論裡?因為現實中的外力常常是被開關的:在 t = 1 開啟的電壓、施加後又撤除的力、一個開關控制。這類輸入並不連續,卻是完全的分段連續,而變換能愉快地處理它們。分段連續是兩個溫和條件之一(另一個是指數階),它們合起來保證變換積分存在。這道門檻刻意設得低——這套方法本就是要應付工程實際送來的跳動訊號。
函數 f(t) = 0(0 <= t < 2)且 f(t) = 5(t >= 2)是分段連續的:它在 [0, 2) 上連續、在 [2, infinity) 上連續,在 t = 2 處只有一個大小為 5 的有限跳變。相對地 f(t) = 1/(t - 2) 則不是——它在 t = 2 處爆向無窮。
有限跳變可以;無窮爆掉不行。
光有分段連續並不足以保證變換存在——函數還必須增長得不太快(指數階)。一個函數可以完全平滑卻仍沒有拉普拉斯變換,例如 e^(t^2)。
又称
另见