三氯乙酸

[拼音]:lapulasi bianhuan

[英文]:Laplace transform

一種特殊的積分變換,是狄利克雷級數到積分的推廣。從已知一般可取復值的函式ƒ(t) (0≤t<+∞),用下式定義的函式(如果下式中積分存在)

(1)

稱為ƒ(t) 的拉普拉斯變換,或簡稱拉氏變換,式中s=σ+iτ可以是複數,ƒ(t)稱為原像函式,F(s)稱為其像函式。為了強調F(s)是從ƒ(t)經(1)式變換得來,也常記

F=Lƒ。

在一定條件下,從式(1)可以解出ƒ(t):

(2)

式中積分是沿著無窮長直線Res=σ進行的。式(2)稱為拉氏反變換,記作ƒ=L-1F。

式(1)與式(2)稱為一對互為反演的公式,其成立有各種的充分條件。例如,設式(1)對於任何σ(=Res)>σ0絕對收斂(或在勒貝格意義下可積),這裡σ0為某常數,且ƒ(t)在任何有限區間內是有界變差的,則式(2)對任何σ>σ0成立,但已假定ƒ(t)規範化,即

容易看出,如果(1)對於s0=σ0+iτ0收斂,則對一切s=σ+iτ,只要σ>σ0,它也收斂。因此F(s)在這裡是解析的,亦即,存在一個收斂橫座標σc,使得F(s)在半平面Res>σc中解析(除非σc=+∞)。這時,有以下求導公式

若滿足反演條件,這時有

換句話說

這樣,拉氏反變換就把像函式的求導運算變成了原像函式和(-t)p的乘積運算。

拉氏變換還有所謂卷積公式,把

叫做ƒ1,ƒ2的卷積,且F1=Lƒ1,F2=Lƒ2。這時有

F1·F2=L(ƒ1*ƒ2)。

關於ƒp(t)的拉氏變換,由分部積分法(在一定條件下)可得

因此,ƒ(t)的常係數線性微分方程的初值問題就可化為有關L(ƒ)的代數方程問題,而後者是極容易求解的。求出L(ƒ)後,再利用拉氏反變換公式(2),便可求得ƒ本身。這樣,拉氏變換就成為求解常微分方程的一個有力工具。同樣道理,用拉氏變換的方法,可以把含兩個自變數的偏微分方程化為常微分方程,或一般,把含n個自變數的偏微分方程化為含n-1個自變數的偏微分方程,使問題得以簡化。

以上說的是單邊拉氏變換,還有所謂雙邊拉氏變換

(3)

在一定條件下,有反演公式

(4)

式中с=Res取在使(3)絕對收斂之處。

此外,還可以在不同空間,例如l2(0,∞)內考慮拉氏變換。此時積分的收斂也就要在相應的極限意義下來理解,也有相應的一系列理論。另外,還可考慮更一般的拉普拉斯-斯蒂爾傑斯變換

(5)

拉氏變換概念還可推廣到廣義函式上。例如,對於著名的δ函式,可定義其拉氏變換為

拉氏變換的理論可從傅立葉變換轉化而來。

幾個簡單的函式的拉氏變換見表

參考書目

河田龍夫著,錢瑞壯譯:《富里哀變換與拉普拉斯變換》,上海科學技術出版社,上海,1961。(河田龍夫著:《Fourier變換とLaplace變換》,巖波,東京,1957。)

竇志著,張義良譯:《拉普拉斯變換的理論和應用導論》,科學出版社,北京,1966。(G.Doetsch,Einf╇hrung in Theorie und Anwendung der laplace-TransforMati-on,Birkhuser Verlag,Basel und Stuttgart,1958.)

D.V.Widder,The laplace Transform,PrincetonUniv.Press, Princeton, 1941.

D.V.Widder,An Introduction to Transform Theory,Academic Press, New York, 1971.

G.Doetsch,Handbuch der laplace-TransforMation,Vol.1~3, Birkhuser, Basel, 1955, 1956.