第九章 拉普拉斯变换(2)

构造函数：
⎧2π f (t)e−st ,
g(t) = ⎨ ⎩ 0,
t > 0, s > s0 t<0
拉氏变换：
p = s + iσ
傅氏变换：
∫ ∫ ∞
F (s + iσ ) = e− pt f (t)dt =
1
∞
g (t )e−iσ t dt
0
2π −∞
∞
∫ g(t) = g(k)eiktdk
−∞
∫ g(k) =
∫t f (τ )dτ → F ( p)
0
p
例1：
f (t) = A
∫∞
F ( p) = Ae− ptdt =
A,
Re p > 0
0
p
例2：
f (t) = Aeαt
∫∞
F ( p) = e− pt Aeαt dt =
A , Re p > Reα.
0
p −α
例3：
f (t) = sin ωt
sin ωt = eiωt − e−iωt
2π i R→∞
t>0
例1：
F ( p) = 1 e−α p , α > 0
p
解：
∑ f (t) = res{F ( p)e pt} = res{ 1 e(−α +t) p} = θ (t − α )
p
p=0
∫ lim 1 e(−α +t) pdp = 0, t < α
p R→∞ CR
1
p3( p +α)
=
A p3
+
B p2
+
C p
+

系统是因果性的 H(s)的收敛域位于最右边
极点的右边的右半平面。 b）如果H（s）是有理的并且是一个因果系统的系 统函数，那么
系统是稳定的 j 轴在收敛域内
X s s j F x t
例9.1：
x1 t eatu t
(a为任意实数或者复数)
不稳定： ·无傅里叶变换 ·有拉普拉斯变换
X1
s
eatu
t
estdt
esat dt
0
1 esat sa
0
s
1
a
e s a
1
只在 Re s a 0的时候收敛，换句话说就是 Re s Re a
X1
s
s
1
a
,
R1 e4s4 2 4R4e3a
收敛域
例9.2
x2 t -eatu -t
X2 s
eatu -t estdt
0 esat dt
1 esat sa
0
s
1
a
1
esa
只在 Res a 0时收敛，换句话说 Re s Re aX2s Nhomakorabeas
1
a
, R1 e4s4 2 4R4e3a跟X1 s一样，但是不同收敛域
2 3
et
5 3
e2t
u
t
当t -发散
ROCⅡ：双边信号，有傅里叶变换
xt Aetu t Be2tu t
2 3
et
u
t
5 3
e2t
u
t
0 (当t )
ROCⅢ：右边信号
xt Aetu t Be2tu t
2 3
et
5 3
e2t

9.2 拉普拉斯变换的性质
9.2.1 线性性质 设 ℒ f1(t) F1(s) ℒ f2 (t) F2 (s) , 为常数则
ℒ f1(t) f2 (t) F1(s) F2 (s)
ℒ 1 F1(s) F2 (s) f1(t) f2 (t)
9.2.2 相似性质
tn
n! s n 1
例6 求正弦函数 f (t) sin k t (k R) 的拉氏变换
解 ℒ f (t) sin k t estdt 1 sin k t dest
0
s0
1 s
e s t
sin
k
t
0
k
0
est
cos
k
tdt
1 s2
0
est
cos
k
tdt
则
0
第9章 拉普拉斯变换
9.1 拉普拉斯变换的概念 9.2 拉普拉斯变换的性质 9.3 拉普拉斯逆变换 9.4 拉氏变换的应用及综合举例
§9.1 拉普拉斯变换
§9.1.1 拉普拉斯变换的概念
定义1 设函数 f (t)当 t 0 有定义,而且积分
f (t) estdt (s是一个复参量） 0
f (n1) (0)
特别地,当 f (0) f (0) f (0)
ℒ f (n) (t) snF (s)
可以证明
ℒ (n) (t) sn
f (n1) (0) 0 时,
（2）象函数的微分性质
若 ℒ f (t) F (s), 则
F(s) ℒ tf (t)
从而 ℒ tf (t) F(s)
例7
求函数
u(t
b)
0 1
t b (b 0) 的拉氏变换

特别地,当
f (0) f (0) f (0) f ( n-1) (0) 0
时,
f ( n ) (t ) s n F ( s) ℒ
可以证明
( n ) (t ) s n ℒ
证 根据分部积分公式和拉氏变换公式

b
a
u d v uv | - v d u
9.2.3 积分性质
（1）象原函数的积分性质 若 ℒ f (t ) F (s),
则
F ( s) ℒ [ 0 f (t )dt ] s t -1 F ( s ) ℒ 0 f (t )dt s
t
一般地
1 ℒ [ 0 dt 0 dt 0 f (t )dt ] s n F (s)
sin k t e - st dt
k 所以 ℒ sin k t 2 s k2
Re s 0
即
k sin kt 2 2 s k
s 同理可得 cos kt 2 2 s k
2 如 ℒ sin 2t 2 s 4 s ℒ cos 3 t 2 s 9
此线性性质根据拉氏变换的定义就可得出.
2 相似性质
若 F ( s ) = ℒ f (t ) a 0 则 ℒ
f (at ) 1 F s a a
ℒ
-1
s F ( a ) af (at )
9.2.2 微分性质 （1）象原函数的微分性质
k - st e cos k tdt s 0
k - 2 s
- st - st k e sin k tdt e cos k t 0 0