积分变换拉氏变换的性质及应用.ppt

积分变换 第6讲1拉氏变换的性质本讲介绍拉氏变换的几个性质, 它们在 拉氏变换的实际应用中都是很有用的. 为方便起见, 假定在这些性质中, 凡是要 求拉氏变换的函数都满足拉氏变换存在 定理中的条件, 并且把这些函数的增长 指数都统一地取为c. 在证明性质时不再 重述这些条件21. 线性性质若a,b是常数 L [f1(t)]=F1(s), L [f2(t)]=F2(s),则有L [af1(t)+bf2(t)]=aF1(s)+bF2(s)L -1[aF1(s)+bF2(s)]=af1(t)+bf2(t)此线性性质根据拉氏变换的定义就可得出.32.微分性质 若L [f(t)]=F(s), 则有 L [f '(t)=sF(s)-f(0)(2.3) 证 根据分部积分公式和拉氏变换公式4推论 若L [f(t)]=F(s), 则 L [f ''(t)]=sL [f'(t)]-f '(0) =s{sL [f(t)]-f(0)}-f '(0) =s2L [f(t)]-sf(0)-f '(0) ... L [f(n)(t)]=sL [f(n-1)(t)]-f(n-1)(0)=snF(s)-sn-1f(0)-sn-2f '(0)-...-f(n-1)(0) (2.4) 特别, 当初值f(0)=f '(0)=...=f(n-1)(0)=0时, 有 L [f '(t)]=sF(s), L [f ''(t)]=s2F(s), ..., L [f(n)(t)]=snF(s)(2.5) 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. 5例1 利用微分性质求函数f(t)=cos kt的拉氏变 换. 由于f(0)=1, f '(0)=0, f ''(t)=-k2cos kt, 则 L [-k2cos kt]=L [f ''(t)]=s2L [f(t)]-sf(0)-f '(0). 即-k2L [cos kt]=s2L [cos kt]-s 移项化简得6例2 利用微分性质, 求函数f(t)=tm的拉氏变换, 其中m是正整数. 由于f(0)=f '(0)=...=f(m-1)(0)=0, 而f(m)(t)=m! 所以L [m!]=L [f(m)(t)]=smL [f(t)]-sm-1f0)- sm-2f '(0)-...-f(m-1)(0) 即 L [m!]=smL [tm]7此外, 由拉氏变换存在定理, 还可以得到象函 数的微分性质: 若L [f(t)]=F(s), 则 F '(s)=L [-tf(t)], Re(s)>c.(2.6) 和F(n)(s)=L [(-t)nf(t)], Re(s)>c.(2.7) 这是因为对于一致绝对收敛的积分的积分和 求导可以调换次序8例3 求函数f(t)=t sin kt的拉氏变换.93. 积分性质 若L [f(t)]=F(s)10重复应用(2.8)式, 就可得到:11由拉氏变换存在定理, 还可得象函数积分性质 : 若L [f(t)]=F(s), 则12例4 求函数的拉氏变换.13其中F(s)=L [f(t)]. 此公式常用来计算某些积 分. 例如, 144.位移性质 若L [f(t)]=F(s), 则有 L [eatf(t)]=F(s-a)(Re(s-a)>c). (2.12)证 根据拉氏变换式, 有上式右方只是在F(s)中将s换为s-a, 因此L [eatf(t)]=F(s-a) (Re(s-a)>c)15例5 求L [eattm].例6 求L [e-atsin kt]165. 延迟性质 若L [f(t)]=F(s), 又t0时, 有|e-st|0, 有=>函数的周期拓展22例9 求如图所示的单个半正弦波f(t)的拉氏变 换OT 2tEf(t)T 2T 2OOEETTtf1(t)f2(t)t23由前图可知, f(t)=f1(t)+f2(t), 所以24例10 求如下图所示的半波正弦函数fT(t)的拉 氏变换T 23T 25T 2tT2TOEfT(t)25由例9可得从t=0开始的单个半正弦波的拉氏 变换为从而26这是一个求周期函数拉氏变换的简单方法, 即设fT(t) (t>0)是周期为T的周期函数, 如果且L [f(t)]=F(s), 则27初值定理与终值定理28证 根据拉氏变换的微分性质, 有 L [f '(t)]=L [f(t)]-f(0)=sF(s)-f(0) 两边同时将s趋向于实的正无穷大, 并因为29(2) 终值定理 若L [f(t)]=F(s), 且sF(s)在 Re(s)0的区域解析, 则30证 根据定理给出的条件和微分性质 L [f '(t)]=sF(s)-f(0), 两边取s0的极限, 并由31这个性质表明f(t)在t时的数值(稳定值), 可 以通过f(t)的拉氏变换乘以s取s0时的极限值 而得到, 它建立了函数f(t)在无限远的值与函 数sF(s)在原点的值之间的关系.在拉氏变换的应用中, 往往先得到F(s)再去 求出f(t). 但经常并不关心函数f(t)的表达式, 而是需要知道f(t)在t和t0时的性态, 这 两个性质给了我们方便, 能使我们直接由 F(s)来求出f(t)的两个特殊值f(0), f(+)。

32例11 若解：根据初值定理和终值定理,3334作业35请提问36。