傅氏变换与拉氏变换对比表
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常用的拉氏变换表在工程技术和科学研究中,拉氏变换是一种非常重要的数学工具。
它能够将时域中的函数转换为复频域中的函数,从而使得许多问题的分析和求解变得更加简便。
而要熟练运用拉氏变换,掌握常用的拉氏变换表是必不可少的。
拉氏变换的定义为:对于一个定义在0, +∞)上的实值函数 f(t),其拉氏变换 F(s)定义为:\F(s) =\int_{0}^{\infty} f(t) e^{st} dt\其中,s =σ +jω 是一个复变量。
下面我们来介绍一些常用的函数的拉氏变换:1、单位阶跃函数 u(t)单位阶跃函数在 t < 0 时,函数值为 0;在t ≥ 0 时,函数值为 1。
其拉氏变换为:\Lu(t) =\frac{1}{s}\2、单位脉冲函数δ(t)单位脉冲函数在 t = 0 时,函数值为无穷大,且在整个时间轴上的积分值为 1。
其拉氏变换为:\Lδ(t) = 1\3、指数函数 e^(at) (a 为常数)其拉氏变换为:\Le^{at} =\frac{1}{s + a}\4、正弦函数sin(ωt)其拉氏变换为:\Lsin(ωt) =\frac{\omega}{s^2 +\omega^2}\5、余弦函数cos(ωt)其拉氏变换为:\Lcos(ωt) =\frac{s}{s^2 +\omega^2}\6、 t 的幂函数 t^n (n 为正整数)其拉氏变换为:\Lt^n =\frac{n!}{s^{n + 1}}\7、斜坡函数 t其拉氏变换为:\Lt =\frac{1}{s^2}\8、二次斜坡函数 t^2其拉氏变换为:\Lt^2 =\frac{2!}{s^3} =\frac{2}{s^3}\掌握这些常用函数的拉氏变换,可以帮助我们在解决各种问题时快速进行变换和求解。
例如,在电路分析中,通过拉氏变换可以将时域中的电路方程转换为复频域中的方程,从而更方便地求解电路的响应。
在控制系统中,拉氏变换也有着广泛的应用。
通过对系统的输入和输出进行拉氏变换,可以得到系统的传递函数,从而对系统的性能进行分析和设计。
附录A 傅里叶变换1周期信号的频谱分析 一一傅里叶级数FS狄立赫雷条件:在同一个周期 T 1内,间断点的个数有限;极大值和极小值的数目有限;信 号绝对可积 f(t)dt :::::■ T 1傅里叶级数:正交函数线性组合。
正交函数集可以是三角函数集{1,con i t,si n ^t:N }或复指数函数集{e jn F : n Z },函数周期为T i ,角频率为二兰。
T i任何满足狄义赫利条件周期函数都可展成傅里叶级数。
傅里叶级数:f(t) =a ° 亠二(a n con 1t b n sinn 1t)n=1系数a n 和b n 统称为三角形式的傅里叶级数系数,简称傅里叶系数。
称f i =1/T i (f i = 1)为信号的基波、基频;n f i (「i ,i=2〜n)为信号的n 次谐波。
e in tJ+e _in 却 e int?_0上为根据欧拉公式:cosn ,'t 二 -------- ,sin n't 二 ---------2 2ioOj nJ i t.............. t) _「F n en =-°o⑴.周期信号的傅里叶频谱:(i) 称F :为信号的傅里叶复数频谱,简称K傅里叶级数谱或FS谱。
(ii)称£为信号的傅里叶复数幅度频谱,简称FS幅度谱。
伸) 称:;n {为傅里叶复数相位频谱,简称FS相位谱。
(iv)周期信号的FS频谱仅在一些离散点角频率n 1(或频率nf i)上有值。
(v)FS也被称为傅里叶离散谱,离散间隔为-i =2二/T1。
(vi)F S谱、FS幅度谱和相位谱图中表示相应频谱、频谱幅度和频谱相位的离散线段被称为谱线、幅度谱线和相位谱线,分别表示FS频谱的值、幅度和相位2非周期信号的频谱分析一傅里叶变换(FT)(1)信号f (t)的傅里叶变换:F ( J 二__ f (t)e—■ dt =F〔f (t) \是信号f(t)的频谱密度函数或FT频谱,简称为频谱(函数)。
傅⾥叶变换和拉普拉斯变换公式总结(2022-02-09修正部分错误)(2020-03-18修正部分错误)因为傅⾥叶变换之类的很常⽤,时间长了不⽤总会忘记,所以⼀次性罗列出来权当总结好了。
主要参考《信号与线性系统分析》(吴⼤正),也有的部分参考了复变函数。
δ-函数相关运算n阶导数的尺度变换δ(n)(at)=1|a|1a nδ(n)(t)⼀阶导数和函数的乘积f(t)δ′(t−t0)=f(t0)δ′(t−t0)−f′(t0)δ(t−t0) n阶导数和函数的乘积f(t)δ(n)(t−t0)=n∑i=0(−1)ini f(i)(t0)δ(n−i)(t−t0)傅⾥叶级数和傅⾥叶变换傅⾥叶级数f(x)=a02+∞∑n=1a n cosnπL x+bn sinnπL x a n=1L∫L−Lf(x)cosnπL xdxb n=1L∫L−Lf(x)sinnπL xdx半幅傅⾥叶级数ϕ(x)=∞∑n=1C n sinnπxLC n=2L∫Lϕ(x)sinnπxL dx常见函数傅⾥叶变换这⾥傅⾥叶变换的定义中,因⼦12π统⼀放在逆变换前。
gτ(t)指的是关于y轴对称宽度为τ的门函数gτ(t)↔τSaωτ2其中Sa即Sinc.e−atε(t)↔1 a+iωe−a|t|↔2a a2+ω2 ()() ()e−at2↔πa e−ω24aδ(t)↔1ε(t)↔πδ(ω)+1 iωcos(ω0t)↔π[δ(ω+ω0)+δ(ω−ω0)]sin(ω0t)↔iπ[δ(ω+ω0)−δ(ω−ω0)]t n↔2π(i)nδ(n)(ω)1t↔−iπsgn(ω)δT(t)↔ΩδΩ(ω)性质时域微分f(n)(t)↔(iω)n F(ω)时域积分∫t−∞f(τ)dτ↔πF(0)δ(ω)+F(ω) iω频域微分(−it)n f(t)↔F(n)(ω)频域积分πf(0)δ(t)+f(t)−it↔∫ω−∞F(ν)dν对称性F(t)↔2πf(−ω)尺度变换f(at)↔1|a|Fωa时移f(t±t0)↔e±iωt0F(ω)频移f(t)e±iω0t↔F(ω∓ω0)卷积的微分性质设f(t)=g(t)∗h(t),则f′(t)=g′(t)∗h(t)=g(t)∗h′(t)卷积定理时域f(t)=g(t)∗h(t),频域有F(ω)=G(ω)H(ω)时域f(t)=g(t)h(t),频域有F(ω)=12πG(ω)∗H(ω)周期函数f T(t)傅⾥叶变换√()设函数f T(t)周期为T,记F n=1T∫T/2−T/2f T(t)e−iωt d t由指数形式的傅⾥叶级数,两边取傅⾥叶变换,所以周期函数的傅⾥叶变换时受到2πF n调制的梳状脉冲(T代表周期,Ω=2πT)f T(t)↔2π∞∑n=−∞F nδ(ω−nΩ)拉普拉斯变换因果信号f(t)可以显式地写为f(t)ε(t),⼀个因果信号及其单边拉普拉斯变换是⼀⼀对应的。
变焕世界-傅立叶、拉普拉斯、Z变换1、傅里叶变换简单通俗理解就是把看似杂乱无章的信号考虑成由一定振幅、相位、频率的基本正弦(余弦)信号组合而成,傅里叶变换的目的就是找出这些基本正弦(余弦)信号中振幅较大(能量较高)信号对应的频率,从而找出杂乱无章的信号中的主要振动频率特点。
2、拉普拉斯变换定义式:设有一时间函数f(t) [0,∞] 或 0≤t≤∞单边函数 ,其中,S=σ+jω是复参变量,称为复频率。
左端的定积分称为拉普拉斯积分,又称为f(t)的拉普拉斯变换;右端的F(S)是拉普拉斯积分的结果,此积分把时域中的单边函数f(t)变换为以复频率S为自变量的复频域函数F(S),称为f(t)的拉普拉斯象函数。
以上的拉普拉斯变换是对单边函数的拉普拉斯变换,称为单边拉普拉斯变换。
如f(t)是定义在整个时间轴上的函数,可将其乘以单位阶跃函数,即变为f(t)ε(t),则拉普拉斯变换为F(s),=mathcal left =int_ ^infty f(t),e^ ,dt 其中积分下标取0-而不是0或0+ ,是为了将冲激函数δ(t)及其导函数纳入拉普拉斯变换的范围。
z变换可将分散的信号(现在主要用于数字信号)从时域转换到频域。
作用和拉普拉斯变换(将连续的信号从时域转换到频域)是一样的。
拉普拉斯变换是将时域信号变换到“复频域”,与傅里叶变换的“频域”有所区别。
FT[f(t)]=从负无穷到正无穷对[f(t)exp(-jwt)]积分 ,LT[f(t)]=从零到正无穷对[f(t)exp(-st)]积分 ,(由于实际应用,通常只做单边拉普拉斯变换,即积分从零开始) .具体地,在傅里叶积分变换中,所乘因子为exp(-jwt),此处,-jwt显然是为一纯虚数;而在拉普拉斯变换中,所乘因子为exp(-st),其中s为一复数:s=D+jw,jw是为虚部,相当于Fourier变换中的jwt,而D则是实部,作为衰减因子,这样就能将许多无法作Fourier变换的函数(比如exp(at),a>0)做域变换。
傅氏变换与拉氏变换的关系2.1 两种积分变换在求解广义积分中的应用傅氏变换与拉氏变换都可以用来求解一些用普通方法难以求解的广义积分,下面举例说明:例1 求函数1 1()0 t f t ⎧≤⎪=⎨⎪⎩其它的傅里叶积分表达式。
解:由(1-1)式有ωω1ωω1ωωω1()[()]ω21 =[()]ω21 =ω2ω1sin ω =(cos ωt +isin ωt)d ωω1sin ωcos ωt =ωω2sin ωcos ω =ω ,ωi i ti i ti i i tf t f e d e d f e d e d e e e d i d t d ττττπττπππππ+∞+∞--∞-∞+∞--∞--+∞-∞+∞-∞+∞-∞=-⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰0 (t 1)+∞≠±⎰ 当1t =±时,傅里叶积分收敛于(10)(0)122f f ±++±-=,根据以上的结果可以写成(), t 12sin ωcos ωω= 1ω, t=12f t t d π+∞≠±⎧⎪⎨±⎪⎩⎰即, 12sin ωcos ωt ω, 1ω40, 1t d t t ππ+∞⎧<⎪⎪⎪==⎨⎪⎪>⎪⎩⎰由此可以看出,用傅里叶积分表达式可以推证一些广义积分的结果。
本题中,取0t =则有sin ωωω2d π+∞=⎰, 这个就是著名的狄利克雷积分。
同样,拉普拉斯变换也可以用来求解狄利克雷积分。
例2 求狄利克雷积分[10]0sin t t t d +∞⎰ 解:引进参变量x ,设0s i n ()()xt f x dt t+∞=⎰,对其求拉普拉斯变换并交换积分次序,得00sin [()][]1 =[sin()]sx sx xtf x dt e dx txt e dx dt t +∞+∞-+∞+∞-=⎰⎰⎰⎰L由附录的积分表可知22sin st aat e dt s a +∞-⋅=+⎰,则 2202200201[()]1=11 =()1()1 =arctan()1 =2tf x dt t s t dts t td t s sst s s s π+∞+∞+∞+∞=⋅+++⋅⎰⎰⎰L即1[()] =2f x s π⋅L ,1111()[][]222f x s s πππ--=⋅==L L0sin()2xt dt t π+∞=⎰ 取1x =,则有sin t t t 2d π+∞=⎰这与(例1)中的结果是完全相同的。
常用的拉氏变换表-互联网类哎呀,说起拉氏变换表,这在互联网领域里还真是个有点特别的存在呢!咱先来说说啥是拉氏变换。
拉氏变换就像是一把神奇的钥匙,能把在时间域里让人头疼的问题,换到复频域里变得简单好处理。
而常用的拉氏变换表呢,那就是这把神奇钥匙的“使用说明书”啦。
就像我之前碰到的一件事儿,我们公司要优化一个网络数据传输的模型。
那数据量啊,一会儿高一会儿低,简直就像调皮的孩子,让人摸不着头脑。
这时候,拉氏变换就派上用场啦!我们对照着常用的拉氏变换表,把那些复杂的数据表达式进行变换,一下子就看清了数据的规律。
比如说,单位阶跃函数的拉氏变换是 1/s 。
这就好比是在互联网的世界里,当一个信号突然从 0 变成 1 ,然后保持不变,通过拉氏变换我们就能更清楚地了解它的特性和影响。
再比如说指数函数的拉氏变换,像e^(at) 对应的就是1/(s +a) 。
这在分析网络延迟、缓存机制的时候可太有用啦。
想象一下,用户点击一个网页,页面加载的速度不是一成不变的,而是有个逐渐上升的过程,这时候用拉氏变换就能把这个过程清晰地描述出来。
还有正弦函数和余弦函数的拉氏变换,sin(ωt) 对应的是ω/(s^2 +ω^2) ,cos(ωt) 对应的是 s/(s^2 +ω^2) 。
这在处理网络中的周期性信号,比如网络流量的周期性波动时,就能帮助我们找到波动的规律,从而更好地进行资源分配和优化。
总之,常用的拉氏变换表就像是互联网世界里的秘密武器,能让我们在面对各种复杂的信号和系统时,变得更加从容和有办法。
回想当初面对那一堆混乱的数据,真的是让人头大。
但是有了拉氏变换表,就像是在黑暗中找到了明灯,一点点地把问题给解决了。
现在想想,还挺有成就感的呢!所以说啊,不管是在网络通信、控制系统,还是在图像处理等互联网相关领域,掌握好常用的拉氏变换表,那可真是能让我们在解决问题的道路上顺风顺水!。
《傅里叶变换和拉氏变换的联系和区别》一、引言傅里叶变换和拉氏变换是信号处理和数学领域中两个重要的变换方法,它们在处理信号和函数时起着至关重要的作用。
本文将深入探讨傅里叶变换和拉氏变换的联系和区别,以便更好地理解它们的应用和特点。
二、傅里叶变换和拉氏变换的基本概念在正式介绍傅里叶变换和拉氏变换的联系和区别之前,首先需要了解它们各自的基本概念。
傅里叶变换是一种将一个函数分解成正弦和余弦函数的技术,常用于处理周期性信号和频域分析。
而拉氏变换是一种将一个函数从时域转换到复平面频域的技术,常用于求解微分方程和控制论中。
从定义和用途上来看,傅里叶变换更加偏向于处理周期性信号和频域分析,而拉氏变换更加偏向于处理连续信号和微分方程。
三、联系1. 共同性质傅里叶变换和拉氏变换在某些方面具有一定的共同性质。
它们都具有线性性质,即对信号进行线性组合后,其变换结果也是线性组合的形式。
它们在频域和时域之间具有对偶性,即在频域上的乘积对应于时域上的卷积,这一点在信号处理中有着重要的应用。
2. 对信号的处理方式傅里叶变换和拉氏变换在处理信号时有着不同的方式。
傅里叶变换更多地强调信号的频域特性,能够将信号分解为不同频率的成分,从而进行频域分析和滤波处理。
而拉氏变换更多地强调信号的幅相特性,能够将信号从时域转换到复平面频域,方便求解微分方程和控制系统的分析与设计。
四、区别1. 定义域和值域傅里叶变换的定义域是时域,值域是频域;而拉氏变换的定义域是复平面上的实轴,值域也是复平面上的一部分。
这表明了傅里叶变换更侧重于处理周期性信号和频域分析,而拉氏变换更侧重于处理连续信号和微分方程。
2. 对信号的处理对象傅里叶变换更多地用于处理周期性信号和离散信号,如音频信号、图像等;而拉氏变换更多地用于处理连续信号和微分方程,如控制系统、通信系统等。
3. 应用领域由于傅里叶变换更多地侧重于处理周期性信号和频域分析,因此在音频处理、图像处理、通信系统等领域有着广泛的应用;而拉氏变换更多地用于求解微分方程和控制系统的分析与设计,因此在控制理论、信号处理、通信系统等领域有着重要的地位。
变焕世界-傅⽴叶、拉普拉斯、Z变换汇总对⽐变焕世界-傅⽴叶、拉普拉斯、Z变换1、傅⾥叶变换简单通俗理解就是把看似杂乱⽆章的信号考虑成由⼀定振幅、相位、频率的基本正弦(余弦)信号组合⽽成,傅⾥叶变换的⽬的就是找出这些基本正弦(余弦)信号中振幅较⼤(能量较⾼)信号对应的频率,从⽽找出杂乱⽆章的信号中的主要振动频率特点。
2、拉普拉斯变换定义式:设有⼀时间函数f(t) [0,∞] 或 0≤t≤∞单边函数 ,其中,S=σ+jω是复参变量,称为复频率。
左端的定积分称为拉普拉斯积分,⼜称为f(t)的拉普拉斯变换;右端的F(S)是拉普拉斯积分的结果,此积分把时域中的单边函数f(t)变换为以复频率S为⾃变量的复频域函数F(S),称为f(t)的拉普拉斯象函数。
以上的拉普拉斯变换是对单边函数的拉普拉斯变换,称为单边拉普拉斯变换。
如f(t)是定义在整个时间轴上的函数,可将其乘以单位阶跃函数,即变为f(t)ε(t),则拉普拉斯变换为F(s),=mathcal left =int_ ^infty f(t),e^ ,dt 其中积分下标取0-⽽不是0或0+ ,是为了将冲激函数δ(t)及其导函数纳⼊拉普拉斯变换的范围。
z变换可将分散的信号(现在主要⽤于数字信号)从时域转换到频域。
作⽤和拉普拉斯变换(将连续的信号从时域转换到频域)是⼀样的。
拉普拉斯变换是将时域信号变换到“复频域”,与傅⾥叶变换的“频域”有所区别。
FT[f(t)]=从负⽆穷到正⽆穷对[f(t)exp(-jwt)]积分 ,LT[f(t)]=从零到正⽆穷对[f(t)exp(-st)]积分 ,(由于实际应⽤,通常只做单边拉普拉斯变换,即积分从零开始) .具体地,在傅⾥叶积分变换中,所乘因⼦为exp(-jwt),此处,-jwt显然是为⼀纯虚数;⽽在拉普拉斯变换中,所乘因⼦为exp(-st),其中s为⼀复数:s=D+jw,jw是为虚部,相当于Fourier变换中的jwt,⽽D则是实部,作为衰减因⼦,这样就能将许多⽆法作Fourier变换的函数(⽐如exp(at),a>0)做域变换。