积分变换第二章.
第二章_Laplace变换(答案)
积分变换练习题 第二章 Laplace 变换________系_______专业 班级 姓名______ ____学号_______§1 Laplace 变换的概念 §2 Laplace 变换的性质一、选择题1.设()(1)t f t e u t -=-,则[()]f t =L [ ](A )(1)1s e s --- (B )(1)1s e s -++ (C )1s e s -- (D )1se s -+11[(1)][()];1[(1)](1)ss t s u t e u t se e u t s e --+⎛⎫-== ⎪ ⎪ ⎪-= ⎪+⎝⎭由延迟性质可得,再由位移性质可得,L L L2.设2sinh ()tf t t =,则[()]f t =L [ ] (A )1ln 1s s -+ (B )1ln 1s s +- (C )12ln 1s s -+ (D )12ln 1s s +-见课本P84二、填空题1.设2()(2)f t t u t =-,则[]()f t =L。
22''222321[(2)][()];1442[(1)]ss s s u t e u t se s s t u t se s e -⎛⎫-== ⎪ ⎪++ ⎪⎛⎫-== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭由延迟性质可得,再由象函数的微分性质P83(2.7)可得,L L L 2.设2()t f t t e =,则[]()f t =L。
(1)00''231[](Re()1);112[]1(1)t t st s t te e e dt e dt s s t e s s +∞+∞---⎛⎫===> ⎪- ⎪ ⎪⎛⎫== ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎰⎰再由象函数的微分性质P83(2.7)可得,L L 三、解答题1.求下列函数的Laplace 变换:(1)302()12404t f t t t ≤<⎧⎪=-≤<⎨⎪≥⎩242242422402[()]()3(1)33334ststst st st s s s s s f t f t e dt e dt e dte e e e e e e s s s s s s s+∞----------==+--+=+=-++-=-⎰⎰⎰L(2)3,2()cos ,2t f t t t ππ⎧<⎪⎪=⎨⎪>⎪⎩20222222()22202222[()]()3cos 3333,cos cos()sin 2133[()].1stst st sst stst s s sts ssf t f t e dt e dt te dtee e dt ss se te dt ed ee d s e ef t s s sπππππππτππττππππττττ+∞+∞--------=+∞+∞+∞-+-----==+==-+-=+=-=-+=--++⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰,从而L L(3)()sin2tf t = 222002[()]sin 2sin .241t st s t f t e dt e d s ττττ=+∞+∞--===+⎰⎰L(4)()cos ()sin ()f t t t t u t δ=⋅-⋅200[()][cos ()sin ()]cos ()sin ()1cos sin 1.1st stst stst t f t t t t u t e dtt t e dt t u t e dttete dt s δδ-+∞-+∞+∞--+∞--==⋅-⋅=⋅-⋅=-=-+⎰⎰⎰⎰L2.求以2b 为周期的函数1,0()1,2t bf t b t b<≤⎧=⎨-<≤⎩的Laplace 变换。
积分变换 ppt课件
16
可将d-函数用一个长度等于1的有向线段表示,
这个线段的长度表示d-函数的积分值, 称为d-函数
的强度.
d (t)
1
O
t
d-函数有性质:
d d (t)f(t)dtf(0)及 (tt0)f(t)dtf(t0).
( ft为 连 续 函 数 )
可见d-函数和任何连续函数的乘积在实轴上的
这表明在通常意义下的函数类中找不到一个
函数能够表示这样的电流强度. 为了确定这样的电
流强度, 引进一称为狄拉克(Dirac)的函数, 简单记
成d-函数:
d
t
0
t 0 t 0
有了这种函数, 对于许多集中于一点或一瞬时的量,
例如点电荷, 点热源, 集中于一点的质量及脉冲技
பைடு நூலகம்
术中的非常窄的脉冲等, 就能够象处理连续分布的
F() f(t)eitdt 1 eitdt eit 1
1
i
1
1 eiei 2sin
i
f(t)21
F()eitd1
F()costd
0
102s incostd20sin costd
9
例 2求 指 数 衰 减 函 数 f(t) e 0 ,t,
t0的 傅 氏 变 换 及 其 t0
积 分 表 达 式 ,其 中 0.
如果成立
F(w) f(t)ejwdt t
f(t)1 F(w)ejwdt w
2
并称F(ω)为f (t)的象函数
或付里叶变换,记为
F[f(t)];称f (t)为F(ω)的象 原函数或付里叶逆变换,
记为F-1[F(ω)]
8
例1
求矩形脉冲函数
积分变换-2 拉普拉斯变换
f (t + T ) = f (t) t > 0
且 f (t)在一个周期内分段连续,则有 T 1 st F(s) = f (t)e dt (Re s > 0) sT ∫ 0 1 e
2-2 Laplace变换的基本性质 Laplace变换的基本性质
1、线性性质 2、相似性质 3、延迟性质 4、位移性质 5、微分性质 6、积分性质 7、卷积与卷积定理
2-1 Laplace变换的概念 Laplace变换的概念
(1)Laplace变换实际上就是一种单边的广 Laplace变换实际上就是一种单边的广 义的Fourier变换。 义的Fourier变换。 (2)Laplace变换的复反演积分公式: Laplace变换的复反演积分公式 复反演积分公式:
1[F(s)] = 1 β + j∞F(s)est ds (t > 0) f (t) = L 2πj ∫β j∞
2-1 Laplace变换的概念 Laplace变换的概念
如何克服上述两个缺点? (1)单位阶跃函数
1, t ≥ 0 H(t) = 0, t < 0 用H(t)乘以 f (t),这样得到的 f (t)H(t),在
t < 0时就等于零,在 t ≥ 0 时仍为 f (t) , 就有可能使其积分区间由 ( ∞,+∞) 变为 [0,+∞)
2-1 Laplace变换的概念 Laplace变换的概念
Fourier变换的局限: Fourier变换的局限: (1)绝对可积的条件较强,许多简单的常见函数 (如单位阶跃函数、正弦函数、余弦函数以及线 性函数等)都不满足这个条件,都不能作古典的 Fourier变换。 Fourier变换。 (2)可以进行Fourier变换的函数必须在整个数轴 )可以进行Fourier变换的函数必须在整个数轴 上有定义,但在物理和无线电技术等实际应用中, 许多以时间t 许多以时间t作为自变量的函数往往在 t <0 时是无意义的或是不需要考虑的,像这样的函数 都不能取Fourier变换。 都不能取Fourier变换。
积分变换二章
∫
+∞ −∞
| f ( t )e
−βt
u( t ) | d t 收 敛
则f ( t )e − β t u( t )满足Fourier积分定理的条件
⇒ f ( t )e
−β t
1 u( t ) = 2π
∫ (∫
+∞ −∞
+∞
0
f ( t )e − ( β + jω ) t dt e jω t dω
)
令β + jω = s, t > 0时
延迟 :
微分 :
L [f ( t − τ )] = e − sτ F ( s )
L [ f ′ ( t )] = s F ( s ) − f (0) L [ tf ( t ) ] = − F ′ ( s ) 1 s 相似 : L [f (bt )] = F (b ≠ 0) b b
积分 : 1 ∫0t f (t )dt = F (s) L s f (t ) ∞ ∞ L = ∫s F (u)du = ∫s L [ f (t )]du t
e−2s −1 或L 2 = (t − 2)u(t − 2) t ≥ 0 s
e ∴L 2 = t − 2 , t ≥ 2 s −2s −1 e 或L 2 = (t − 2)u(t − 2) t ≥ 0 s
−1
−2s
, 0≤ t < 2 t L [F(s)] = 2(t −1) , t ≥ 2
∴L
-1
[ F(s)] = L [1] − 2L
-1
-1
2 s2 + 4
= δ (1) − 2sin2t
四 .卷 积
积分变换第二章课件4
积分变换
若
F
s
1
s2 s2
2
,
求
f
t.
因为
F s
s2 1 s2
ss
2
s2
1
s2
1
所以
f
t
L
1
s
2
s
1
s s2 1
cos t
∗
cos t
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t
0
Байду номын сангаасcos
cos
t
d
1 2
t
0
cos
t
cos 2
t
d
1 t cos t sin t
2
积分变换
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第第‹#5›页
∗ ∗ ∗
∗ ∗
2.卷积的运算性质
3) f1(t ) f2(t ) f3(t ) f1(t) f3(t) f2(t) f3(t)
即卷积满足分配律.
4)对卷积,有下面的不等式成立:
积分变换
f1(t) f2(t) f1(t) f2(t)
即函数卷积的绝对值不大于函数绝对值的卷积.
由于二重积分绝 对可积,可以交 换积分次序.
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第第‹1#0›页
二、卷积定理
积分变换
∗
L [ f1(t ) f2 (t )]
0
f1
(
)
f
2
(t
)
e
st
d
t
d
令 t u, 则
f2 (t ) estd t
0
f2 (u) e s(u )d u
积分变换第02讲
例2 求指数函数 f (t)=e kt 的拉氏变换(k为实数). 根据拉氏变换的定义, 有
L[ f (t)] = ∫ e e dt = ∫ e−(s−k)tdt
0 0 +∞ kt −st +∞
这个积分在Re(s)>k时收敛, 而且有
∫
+∞
0
e
−(s−k)t
1 −(s−k)t +∞ 1 dt =− e = 0 s −k s −k
F(s) = ∫ f (t)e−stdt 0 在半平面Re(s)>c上一定存在, 并且在Re(s) > c的
半平面内, F(s)为解析函数.
7
+∞
Mect f (t) M O t
8
说明:由条件2可知, 对于任何t值(0≤t<+∞), 有 | f (t)e st |=| f (t)|e−βt ≤ Me−(β−c)t, Re(s)=β, 若令β−c ≥ ε >0 (即β ≥ c+ε = c1>c), 则 | f (t)e−st| ≤ Me−εt. 所以 ∫
1
§1 Laplace变换的概念 t<0 0, 设指数衰减函数ϕ (t ) = − β t ( β > 0). e , t ≥ 0
考虑 f ( t ) t ∈ ( −∞, +∞ ) ,有 f ( t ) u ( t ) =f ( t ) t ≥ 0. 若存在 β > 0, 使 lim e
t →∞ −βt −βt
解 : 根据(2,1)式, 有
+∞ 0
= 1.
例7 : 求函数f (t ) = e − βtδ (t ) − βe − βt u (t ) ( β > 0)的拉氏变换.
机械工业出版社 复变函数与积分变换 第2章 解析函数
24
由 C R 方 ( u x 程 i x v ) z (1 i3 ) x (2 i4 ) y
f ( z z ) f ( z ) u u
x
y
z z i x (1 i3 ) z (2 i4 ) z
第二章 解析函数
2021/7/24
1
§2.1 解析函数的概念
1. 复变函数的导数定义 2. 解析函数的概念
GO
2
一. 复变函数的导数
(1)导数定义
定义 设函数w=f (z) z∈D, 且z0、 z0 +Δz∈D,
如果极限
l i m f(z0z)存在f,(z则0)称函数
z 0
z
f (z)在点z0处可导。称此极限值为f (z)在z0的导数,
证:明 f Rz e( z)Rz e)(
z
z
x x x x
x iy
x iy
当 z取 当 z取
实 纯
虚 数 0时 0,时 数 趋 f , f z 趋 于 z 1;于 0; lzi m 0 fz
不
存
在 .
4
(2)求导公式与法则
----实函数中求导法则的推广
① 常数的导数 c=(a+ib)=0. ② (zn)=nzn-1 (n是自然数).
15
如果复变函数 w = f (z) = u(x, y) + iv(x, y)在定义域 D内处处可导 ,则函数 w = f (z) 在 D内解析。 问题 如何判断函数的解析性呢?
16
一. 解析函数的充要条件
设 函 w数 f(z)u(x,y)iv (x,y)在 点 zxiy 可,则 导
积分变换第二章课件6
j
则得
F (s) f (t )estd t 0
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第第‹#2›页
Laplace变换的概念
积分变换
设函数 f (t) 当t 0时有定义, 而且积分
f (t)estd t (s为一个复参量) 0
在s的某一域内收敛, 则由此积分所确定 的函数可写为
F (s) f (t)estd t 0
L [ f n(t)] snF(s) sn1 f 0 sn2 f 0 f n1 0
n1
snF (s) sn1i f i 0 Re s c i0
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第第‹#6›页
Laplace变换的性质
积分变换
特别得,当 f 0 f 0 f n1 0 0时,有
F(s) L [tf (t)]Res c
推论:
F (n)(s) 1n L [tn f n (t)] Re s c
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第第‹#8›页
Laplace变换的性质
积分变换
三、积分性质
如果L
f (t) F s,则 L
t
0
f
(t
)dt
1 s
F
s
t
t
t
1
L
dt
0
函数 f (t) 的Laplace变换式
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第第‹#3›页
Laplace变换的概念
积分变换
记作: F(s) L [ f (t)], F (s)
称为 f (t) 的Laplace变换.
若F(s) 是 f (t) 的Laplace变换,则称 f (t)
为 F(s) 的Laplace逆变换.
复变函数与积分变换(修订版-复旦大学)课后的第二章习题答案
解:f(z)除 外处处可导,且 .
(4) .
解:因为
.所以f(z)除z=0外处处可导,且 .
6.试判断下列函数的可导性与解析性.
(1) ;
解: 在全平面上可微.
所以要使得
, ,
只有当z=0时,
从而f(z)在z=0处可导,在全平面上不解析.
(2) .
解: 在全平面上可微.
只有当z=0时,即(0,0)处有 , .
它们分别为
∴
∴满足C-R条件.
(3)当z沿y=x趋向于零时,有
∴ 不存在.即f(z)在z=0处不可导.
11.设区域D位于上半平面,D1是D关于x轴的对称区域,若f(z)在区域D内解析,求证 在区域D1内解析.
证明:设f(z)=u(x,y)+iv(x,y),因为f(z)在区域D内解析.
所以u(x,y),v(x,y)在D内可微且满足C-R方程,即 .
15.计算下列各值.
(1)
(2)
(3)ln(ei)=ln1+iarg(ei)=ln1+i=i
(4)
16.试讨论函数f(z)=|z|+lnz的连续性与可导性.
解:显然g(z)=|z|在复平面上连续,lnz除负实轴及原点外处处连续.
设z=x+iy,
在复平面内可微.
故g(z)=|z|在复平面上处处不可导.
所以f(z)在z=0处可导,在全平面上不解析.
(3) ;
解: 在全平面上可微.
所以只有当 时,才满足C-R方程.
从而f(z)在 处可导,在全平面不解析.
(4) .
解:设 ,则
所以只有当z=0时才满足C-R方程.
从而f(z)在z=0处可导,处处不解析.
积分变换第2讲傅氏变换
证明F (1)= 2d(),因为
F 1 2d () 1 2d () ejtd 1
2
所以1和2d() 构成傅氏变换对.
同理, 因为
F 1 2d ( 0 )
1
2
2d
(
0 ) ejtd
e j0t
所以,F(ej0t)= 2d ( 0 )
F
1
1[F()]= 2
F () ejtd f t
付氏积分定理即为:
F -1 [F [f(t)] =1/2*( f(t+0)+f(t-0))
例1
求函数f
(t)
0, et ,
t 0的傅氏变换及 t0
其积分表达式,其中 0.这个f (t)叫做指数
O
(即:d
(
f
)
lim
0
d
(
f
))
即 f C
d f
d (t) f (t)d t @lim
0
d (t) f (t) d t
则 可得 d f f 0
可证
lim
0
d (t) f (t)d t
f (0)
0
1 cost
Fc ( f (t))
f
(t ) cost
d
t
sint
0
2. 单位脉冲函数及其傅氏变换
在物理和工程技术中, 常常会碰到单位脉冲函 数. 因为有许多物理现象具有脉冲性质, 如在 电学中, 要研究线性电路受具有脉冲性质的电 势作用后产生的电流; 在力学中, 要研究机械 系统受冲击力作用后的运动情况等. 研究此类 问题就会产生我们要介绍的单位脉冲函数.
复变函数与积分变换第二章_解析函数
z0 可微等价.
与一元实函数类似, 记
df ( z0 ) f ( z0 ) z f ( z0 ) dz ,
称之为 f ( z ) 在 z0 处的微分. 如果函数 f ( z ) 在区域D内处处可微, 则称
f ( z ) 在区域D内可微, 并记为
df ( z ) f ( z ) dz .
也称 z0 是 f ( z ) 的解析点. (2) 若 f ( z ) 在区域D内每一点都解析,则称
f ( z ) 在区域D内解析, 或者称 f ( z ) 是区域D内的
解析函数.
(3) 设G是一个区域,若闭区域 D G , 且 f ( z ) 在G内解析,则称 f ( z ) 在闭区域 D 上 解析. 函数 f ( z ) 在 z0 处解析和在 z0 处可导意义 不同,前者指的是在 z0 的某一邻域内可导, 但后者只要求在 z0 处可导. 函数 f ( z ) 在 z0 处解析和在 z0的某一个邻 域内解析意义相同.
连续,但处处不可导.
定理1.1
例2.2 证明 f ( z ) x 2 yi 在复面内处处
设 f ( z ) u( x , y ) iv ( x , y ), 则 f (x)
(3) 求导法则
复变函数中导数的定义与一元实函数
导数的定义在形式上完全一致,同时,复变函
数中的极限运算法则也和实函数中一样,因而
当 z0 0 时, 由 z zz , z0 z0 z0 得
2
2
f ( z ) f ( z0 ) z 2 z z0 2 z0
( z 2 z z0 2 z ) ( z0 2 z z0 2 z0 ).
f ( z ) f ( z0 ) 2 z z0 ( z z0 ) z z 0 . 故 z z0 z z0
复变函数与积分变换课件第2章
例:设f(z)在z0处连续,且f(z0)不等于0,那么可以
找到z0的一个邻域,在这个邻域内f(z)不等于0
1 导数的定义
定义 设函数w=f(z)在包含z0的某邻域D内有定义 ,点z0+⊿z∈D. 如果极限
f ( z0 Δ z ) - f ( z0 ) lim Δ z 0 Δz
存在, 则称f(z)在z0可导, 此极限值就称为f(z)在z0 的导数, 记作
பைடு நூலகம்
定义 如果函数f(z)不仅在z0可导,而且在z0的某 个邻域内的任一点都可导, 则称f(z)在z0解析。 如果f(z)在区域D内每一点解析, 则称f(z)在D内解 析, 或称f(z)是D内的一个解析函数(全纯函数 或正则函数)
如果f (z)在点z0不解析,就称z0是f (z)的奇 点。
(1) w=f (z) 在 D 内解析等价于在D内可导。 (2) 函数f (z)在 z0 点可导,未必在z0解析。 (3)函数在区域D内的点z处解析,则z 一 定是D的内点。
(4) f ( z ) z Re( z )
例3. 证明 sin ' z cos z
例4 如果f '(z)在区域D处处为零, 则f(z)在D内为一常
数 .
4.高阶导数
二阶及二阶以上的导数称为高阶导数
例 应用公式
sin( z
2
) cos z ,
(n) 求 sin z
1.解析函数的概念
例2
求f ( z) z 在z 0时的极限. z
z z0
例3 求极限 lim cos z 例4 证明 f ( z ) Re z
在z 0时的极限不存在 .
z
定理2
若 lim f ( z ) A lim g ( z ) B, 则
积分变换第二章 - 副本——复变函数与积分变换课件PPT
= 1 tes t 1 estdt
s
0 s0
1 s2
Re s 0
(t)
tu( t )
1 s2
Laplace变换存在定理
定理 设函数 f (t) 在 t 0 的任何有限区间 内分段连续, 并且当 t 时, f (t)的增长速度不 超过某一指数函数, 即存在常数 M 0 和 s0 0,
sint
s2
2
cost
s2
s
2
例5 求 f (t) tn (n 1)的Laplace变换.
解 如果n是正整数, 则有
L tn
n! sn1
(Re(s) 0).
tn
n! sn1
当 n 1 不是正整数时, 利用复变函数论的
方法, 可求出
L[tn]
第2章 Laplace变换
§2.1 Laplace变换的概念 §2.2 Laplace变换的性质 §2.3 Laplace 逆变换 §2.4 Laplace变换的应用
Fourier积分存在定理
若函数 f (t)在任何有限区间上满足狄氏条件: 即函数在任何有限区间上满足: (1)连续或只有有限个第一类间断点; (2)至多有有限个极值点;
并且在(-∞,+∞)上绝对可积则有:
f (t) 1
2
f
(
)e
j
d
e
j
t
d
f (t)
f (t
0)
f (t
0)
2
t 为连续点; t 为间断点.
在(, )绝对可积是指的
|
f (t) |dt
收敛。
Fourier变换在许多领域中发挥着重要的作用, 但是在通常意义下,Fourier变换存在的条件需要 实函数f (t)在(-,+)上绝对可积. 很多常见的初等 函数(例如,常数函数、多项式函数、正弦与余弦 函数等)都不满足这个要求. 另外,很多以时间t 为 为自变量的函数,当t<0时,往往没有定义,或者 不需要知道t<0的情况. 因此, Fourier变换在实际 应用中受到一些限制.
复变函数与积分变换答案-第2章解析函数
11 27、第二章 解析函数习题详解1、(1) f 1(z )= z 4在定义域(-,+) 内连续;2) f 2(z ) =4z +5在定义域(-,+)内连续; 1在定义域-, 3,3, +内连续。
- 4, v = 16u + 64, 为一抛物线。
4、(1)w = z 3,则w = (2i )3= -8i , w =( 2+2i )3=2 2+12i -12 2-8i =-10 2+4i ;5、 f (z )=Re z =x ,当 y →0时, f (z )→1;当x →0时, f (z )→0,因为极限不等, z x + iy 所以当z →0时, f (z )极限不存在。
1在原点处不连续,故 w =i arg z +1 在负实轴上与原点 zz3) f 3 (z )= 22、w = z2u =x 2-y 2v = 2 xy u =x 2 -4,把直线C :y =2映射成:u =x -4v = 4 xvx = ,代入第一个式子,4u =3、1zw = = = z zzx - iy22,x + yv =x 22 x + y-y 22 x + y把直线C :x =1映射成,:vu =v =1 1+y 2-y 1+y 21-u u 2u= (1- u ) u v 2 + u 22)w = z 3,像域为0arg w 26、i arg z 在负实轴上与原点处不连续, 处不连续。
f (z +z )- f (z )z →0z= limz →0(z +z )2zy 2 = 1 -1 = u为一个圆周。
uz 2-(z +z )2z 2(z +z )2z 2 -z 2 -2z z -z 22= lim = lim = - 。
z →0 z z →0z 2(z +z )2zz 38、(1) f (z ) =5-3z +5z 2,在(-,+)内解析,且导数为 f (z ) = -3+10z ;12、(1) z =e 1-2i =ecos -i sin=-ei ;1222) f (z )=1 1 1z 4 -1 (z 2 -1)(z 2 +1) (z -1)(z +1)(z +i )(z -i )在(-,+)内除z =1,5z +431 1 5 3) f (z )= z +4,在(-,+)内除z = - 3外解析, f (z )=1+ 2 =1+ 52z + 32 2 2z +32 2(2z +3)且导数为: f(z )= 1(2z +3)-2(-2)=-5 (2z +3)29、(1) f (z )=Im z = y 在z 平面上的点点不可导,不解析(因柯西-黎曼条件不满足);2) f (z )= z 4 ,在平面上的点解析。
复变函数与积分变换 第二章课后答案
e z sin z e z sin z 则 dz z 2i dz 2 z 2i z 4 z 3 z 2 i 1
2i
e 2i sin 2i e 2i sin 2i e 2i sin 2i e 2i sin( 2i ) 2i 2i 2i 2i 2i 2 2 sin 2i e 2i e 2i sin 2i cosh 2i . 2
i
i
i i
= 2 cos i .
7. 沿指定曲线的正向计算下列各积分: (1)
C
ez dz , C : z 2 1 ; z2 dz (a 0) , C : z a a ; z a2
2
(2)
C
(3)
C
eiz 3 dz , C : z 2i ; 2 z 1 2 f ( z) dz , C : z 1 ; f ( z ) 在 z 1 上解析, z0 1 ; z z0
z 0
0.
4
(8) f ( z ) 有四个奇点, 其中 z i在c 内,作互不相交互不包含且 在 C 内的小圆周 c1和c2 包含 i 与-i,则
c1
(z
2
1 dz 1 dz 2 4)( z i ) z i c2 ( z 4)( z i ) z i
(2) 由于被积函数在全平面上解析,利用柯西积分定理得
求积分
C
3 z 2 dz 0 .
2. 设 C 是由点 0 到点 3 的直线段与点 3 到点 3 i 的直线段组成的折线,
C
Re zdz .
解 将 C 分为两段,从 z=0 到 z=3, c1 的方程为 z 3 x, 0 x 1,
积分变换第二章
0
(t ) e d t e st d f (t ) f
st 0 0
f (t )
0
f (t ) de st
st
f (0) s
0
f (t ) e d t sL [ f (t )] f (0)
即L [ f (t )] sF ( s) f (0) (Re( s ) c)
三 积分性质
L f (t ) F ( s)
Re s c , 则 Re s max(0, c)
t f (t )dt F ( s) L 0 s
t t t
1 L { d t d t f (t )d t } n F ( s ) 0 0 s 0 n次
f n t s n F s L
此性质可以使我们有可能将f (t)的微分方程
转化为F(s)的代数方程.
例2 利用微分性质求函数f(t)=cos kt的拉氏变换.
f t t m 的拉氏变换(m为正整数). 例3 求
由于 f 0 f 0 f
推广:
L f ( n ) (t ) s n F ( s ) s n1 f (0) s n2 f (0) f ( n1) (0)
n 1,2, Re s c
0 f n1 0 0 时,有 特别当 f 0 f
f(t)
O
f(t)u(t)et
t
O
t
对函数(t)u(t)et(>0)取傅氏变换, 可得
G ( ) (t )u (t ) e e
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L sF (s)
f
(0 )
推论 :
d n f (t)
dt n
L
snF (s)
n1 r0
s n r 1
f
(r ) (0
)
类似地,可得象函数的微分性质 :
F(s) L[tf (t)], Re(s) c tf (t ) L F / (s)
一般地 :
F (n)(s) (1)n L[t n f (t )], Re(s) c t n f (t ) L(1)n F / (s)
性质4(积分性质) :
t f (t)dt L 1 F (s)
0
s
一般地 :
t
dt
t
0
0 n
f
(t
)dt
L
1 sn
F(s)
类似地,可得象函数的积分性质 :
一般地
f (t) L
F (s)ds
t
s
:
f (t
tn
)
L
ds
s
F (s)ds
s
n
性质5(时域卷积性质) :
f1(t ) f2 (t ) L F1(s) • F2 (s)
0
s
0
s
2. f (t) eatu(t)
ℒ[eat ] eatestdt
1
e(sa)t
1
0
ℒ [ejt ] 1
sa
0 sa
s j
3. f (t) (t)
ℒ[ (t)] (t)estdt 0
0
(t)dt
0
=1
4. f (t ) t n
ℒ [t n ] t nestdt t n de st
t
0 0 (c)
收
0(c)
敛 坐
标
例如
f
(t)
e5t,取
5( 0 (c)
5),lim e5tet t
0
Re(s) 5
f (t)
t m,取
0( 0 (c )
0),lim t met t
0
Re(s) 0
积分下限
积分下限从0+ 开始,称为0+ 拉氏变换 积分下限从0 开始,称为0 拉氏变换。
0
0s
t n est
s
0
e st dt n 0s
n s
t n1e stdt
0
tn
lim t est 0
ℒ
[tn]
n s
ℒ
[t n1 ]
当n=1, ℒ
[t]
1 s2
;
当n=2,ℒ[t 2 ]
2 s3
;
依次类推, 得
ℒ
[tn]
n! sn1
周期函数的Laplace变换
一般地,以T为周期的函数f(t),当f(t) 在一个周期上是分段连续时,则f(t)的拉氏
类似地,(S域卷积性质) :
f1(t) •
f2(t)
L
1
2
j
F1(s) F2 (s)
举例
A
例1 L [ A]
s
11
例2
L
[ A(1 et )]
A( s
s
)
例3 L [sint] L [ 1 (ejt e jt )]
2j
1[ 2j s
1
j
s
1]
j
s2
2
例4
L [ (t)]
d
L [ dt
变换式为:
1
F (s) 1 esT
T f (t)estdt (R e(s)> 0)
0
举例
t, 2b
t
,
0 t b b t 2b
且 f (t 2b) f (t) 的Laplace变换。
f(t)
b
b 2b 3b 4b
t
第二节 Laplace变换的性质
Laplace变换的性质
U
(t
)]
s
1 s
u(t )
0
1
例5
L [t]
ℒ[
t
u( )d ]
0
L [u(t)] s
1 s2
2
f (t ) 1 F ( f (t )et )e( j )td
2
其中:s j,ds jd
: , s : j j
拉氏逆变换:
f (t ) 1 j F (s)estds
2 j j 其中s j
拉氏变换存在定理
若函数f(t)满足条件: 1,在t≥0任一有限区间上分段连续; 2,当t→+时,f(t)的增长速度不超过某 一指数函数,即,存在一常数M>0 及c≥0
使:
f (t ) Mect , 0 t
成立,则f(t)的Laplace变换在半平面
Re(s)>c上一定存在,右端的积分在Re(s)
≥ c1>c上绝对收敛且一致收敛,并且在 Re(s)>c的半平面内,F(s)为解析函数。
收敛区域
j
要使
|
f
(t )e t
| d t存在
0
收
敛
轴
收敛区
lim f (t)et 0
F ( ) f (t )e jtd t
F ( ) f (t )e jtd t 0
(2)狄氏条件的
| f (t) | d t
收敛问题
F ( f (t )e t ) f (t )e t e jtd t 0
F( f (t)et ) f (t)e te j td t f (t)e( j) td t
积分变换
第一章 Fourier变换 第二章 Laplace变换
第二章 Laplace变换
第一节 第二节 第三节 第四节
Laplace变换概念 Laplace变换性质 Laplace逆变换 卷积
第一节 Laplace变换的概念
定义
从傅里叶变换到拉普拉斯变换
(1)因果系统(t 0, f (t) 0)
o
0
拉氏正变换:
令s j F (s) f (t)e-stdt 0
记号
ℒ[f(t)]表示取拉氏变换。
ℒ -1[F(s)]表示取拉氏逆变换。
F( f (t)et ) f (t)e te j td t f (t)e( j) td t
o
0
f (t )e t 1 F ( f (t )e t )e j t d
0+ 拉氏变换和0拉氏变换的区别:
F (s) f (t)estdt 0
0 f (t )estdt f (t)estdt
0
0
当f(t)含有冲激函数项时,此项 0
为了把0-0+时冲激函数的作用考虑到变换 中,以下拉氏变换定义式中积分下限从0-开始。
举例
1. f (t) u(t )
ℒ [u(t)] u(t)estdt 1 est 1
性质1(线性性质) :设,
k1 f1(t ) k2 f2 (t ) L k1F1(s) k2F2 (s)
性质2(时域平移(延迟)性质) :
f (t t0 ) L e st0 F (s)
类似地,(S域平移性质) :
f (t )e at L F (s a)
性质3(微分性质) :
df (t) dt