拉普拉斯变换

积分的变换

如果在时域里求导是把变换乘以 s,那么在时域里积分就该做相反的事——确实如此。这条规则是导数规则的镜像,它让你能处理累积量:流过的总电荷、总位移,任何由对某个速率积分而累积起来的东西。

其陈述是:若 L{f(t)} = F(s),则 L{ 从 0 到 t 的 f(tau) d tau } = F(s)/s。在时域里从 0 到 t 积分,对应在变换里除以 s。原因恰是导数规则反过来用:累积积分 g(t) 满足 g'(t) = f(t) 且 g(0) = 0,所以 s G(s) - 0 = F(s),给出 G(s) = F(s)/s。每多积分一次,就再除以一个 s。

在电路分析中,这是处理电容的变换——电容电压是电流的积分;在力学中,它处理作为速度积分的位置。它也解释了为什么阶跃函数 1/s 与斜坡 1/s^2 恰好相差一个 s 因子:对常数 1 积分得到斜坡 t,而把 1/s 除以 s 得到 1/s^2。除以 s(积分)与乘以 s(求导)之间这种干净的对称,是整套变换演算的代数核心。

由 L{sin(omega t)} = omega/(s^2 + omega^2),从 0 到 t 的 sin(omega tau) d tau 的变换是 omega/(s(s^2 + omega^2)),与其已知值 (1 - cos(omega t))/omega 相符。

把正弦的变换除以 s,重现了它累积积分的变换——一个快速的一致性检验。

该规则假定积分从 0 起;下限不同的积分会带一个额外常数,所以在除以 s 之前,先把它改写成“从 0 起的累积积分加上那个常数”。

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