變換
? 在上文中得出了對于形如 的函數(shù)分析量綱時
? 那么對于最熟知的兩種變換——拉普拉斯變換和傅里葉變換。
先來看傅里葉變換的一個例子,如果對于進行傅里葉變換則
,利用在上文中所提到的
令就可以輕易得到
。所以由此可見,在變換中的一些問題,也可以量綱來做分析有一個更加深入的了解。
? 因為虛數(shù)也是無量綱數(shù),所以在接下來的分析中可以避免出現(xiàn)復(fù)數(shù)
。下文中用拉普拉斯變換來進行分析。??
?可以發(fā)現(xiàn)由于
,所以
也就是說,經(jīng)過拉普拉斯變換成功把時域函數(shù)
轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)頻域函數(shù)
,變換前的函數(shù)
稱之為原函數(shù),變換后的函數(shù)
稱之為象函數(shù)。
? 而拉氏變換通常情況下有幾種常用的性質(zhì),首先可以利用積分是線性變換來證明拉普拉斯變換的線性性質(zhì):。其次在對拉氏函數(shù)
?進行微分或者積分的操作時,也會有對于量綱的平衡。微分性質(zhì)寫作
,可以得知由于
,所以量綱減少了
所以在象函數(shù)中需要乘
來使兩邊的量綱保持不變。對于后面的
,由于拉普拉斯變換在時域上是使量綱增加了t,所以在
處應(yīng)該是量綱減少了
,在求導(dǎo)次數(shù)增加時以此類推。證明:
,進行分部積分可以得到
,由于存在性原理可以得到
,因此可以得到
的遞推式,然后經(jīng)過n次迭代,就可以得到上述微分性質(zhì)。
? 相應(yīng)的積分性質(zhì)寫作?由此可以直觀看出對于n重積分,量綱就增加了
所以在轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域時一定要乘
?來平衡量綱。證明:由于已經(jīng)有了上面的微分性質(zhì),所以可以考慮一個換元:
,顯然可以得到初值
,帶入到上面的結(jié)論就可以得到
,在經(jīng)過n次迭代就可以得到積分性質(zhì)。這也正好對應(yīng)了上面的微分性質(zhì),這樣就可以粗略看出對于原函數(shù)積分或者微分過后的的象函數(shù),大約就是用乘或除
來保持原有量綱平衡并不影響原拉氏變換后的象函數(shù)
。
? 接下來就是時域和頻域上的平移和尺度伸縮:1.時移性 2.頻移性 3.尺度變換。
時移性表現(xiàn)為原函數(shù)變?yōu)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=f(t-t_0)" alt="f(t-t_0)">,即時間上的初始位置平移。證明:令
,
頻移性表現(xiàn)為原函數(shù)變?yōu)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=e%5E%7Bat%7Df(t)" alt="e%5E%7Bat%7Df(t)">,即復(fù)頻域上的變量平移,證明:
尺度變換表現(xiàn)為時域函數(shù)的時間縮放映射到復(fù)頻域函數(shù)的變量縮放,證明:
以上可以發(fā)現(xiàn),平移不改變量綱而伸縮改變長度。所以需要用
來平衡掉多出來的量綱。
? 而對于熟知的函數(shù)最友好的便是多項式函數(shù),所以可以用多項式函數(shù)先來舉例子。當
時,
,這樣就可以利用n次分部積分法來解得
。此時可以輕易的發(fā)現(xiàn)
所以對
進行拉氏變換后必須有
這一項,分子上面的階乘則代表了分部積分的次數(shù)。