拉普拉斯變換

冪函數 t^n 的變換(transform of t^n)

在你直接背下變換的那幾個基本部件函數當中,t 的純冪——t、t^2、t^3 等等——是繼常數之後最基本的。它們到處出現,因為多項式到處都是,而它們的變換遵循一個乾淨、好記的規律。

規律是 L{t^n} = n! / s^(n + 1),其中 n 是非負整數,n!(n 階乘)表示 n 乘 (n - 1) 乘 ... 乘 1。看看這個規律如何生長:L{1} = 1/s(取 n = 0,因為 0! = 1);L{t} = 1/s^2;L{t^2} = 2/s^3;L{t^3} = 6/s^4。t 每升高一次冪,分母上 s 的冪就升高一,分子就乘上下一個階乘。你可以用分部積分推導它,但實務上直接從表上讀。(對非整數冪,階乘要換成 gamma 函數,但整數情形才是主力。)

這一條是你經常會用到的標準變換表中的一列,尤其在部分分式分解之後留下像 2/s^3 這種項要反演時。看到 2/s^3 你立刻讀成 t^2;看到 6/s^4 你讀成 t^3。階乘是唯一要記清的東西——忘掉 n! 而把 L{t^2} 寫成 1/s^3 是最常見的失誤。

求 L{4 t^2}。由線性與冪規律,L{4 t^2} = 4 (2! / s^3) = 4 (2 / s^3) = 8 / s^3。反過來,要反演 8/s^3,你倒推這些步驟,還原出 4 t^2。

L{t^n} = n!/s^(n+1)——分子上的階乘很容易忘記。

階乘是陷阱。L{t^2} = 2/s^3,不是 1/s^3。反演時要對上階乘:1/s^4 是 t^3/6(因為要 t^3 需分子有 6),而不是 t^3。

又称
L{t^n}power rule for transforms冪的拉氏變換