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Laplace-Carson 变换


Laplace-Carson 变换 F 是一个实值函数 f积分变换,由以下公式定义:

 F(p)=pint_0^inftye^(-pt)f(t)dt.
(1)

在大多数情况下,函数 F 仅为属于实值函数类 L(f) 的某些函数 f 定义。 L(f) 中的函数满足三个性质,即

1. f(t) 在每个有限长度的 区间 I subset R 内是 可积的

2. 对于所有 t<0f(t)=0

3. 存在一个 实数 c>0,使得对于所有值 t>=0|f(t)e^(-ct)|<0

特别地,f in L(f) 意味着对于所有实数 p in RF 存在。

可以将 Laplace-Carson 变换视为常规 Laplace 变换 的变体,Carson 专门设计该变体以使 Heaviside 阶跃函数 H(t)=H_0(t)(一个 Laplace 变换由 L[H(t)](p)=1/p 给出)的变换对于所有值 p 都等于 1。 实际上,仅从 F 的定义出发,就可以轻松推断出 H(t) 的此属性,以及变换本身的其他一系列直接的基本属性。 例如,如果 f 是一个 Laplace-Carson 变换表示为 F 的函数,并且如果 f(t)->F(p) 用作将 Laplace-Carson 变换应用于 f 并得到 F 的简写,则以下恒等式成立:

 int_0^tf(tau)dtau->1/pF,
(2)
 (df)/(dt)->pF-pf(0),
(3)

 (d^n)/(dt^n)f->p^nF-sum_(k=0)^(n-1)p^(n-k)(d^k)/(dt^k)f(0).
(4)

此外,可以证明对于任意实数 alphabeta

 f(t/alpha)->F(alphap),
(5)
 f(t-alpha)H(t-alpha)->e^(-alphap)F(p),
(6)

 e^(-betat)->p/(p+beta)F(p+beta).
(7)

() 和 () 中的恒等式分别被称为滞后定理和位移定理。

给定函数 f,psi,其 Laplace-Carson 变换分别为 F,Psi,可以证明 卷积/乘法定理:

 int_0^tf(tau)psi(t-tau)dtau->1/pF(p)Psi(p).
(8)

最后,可以证明:

 (f(t))/t->pint_p^infty(F(q))/qdq
(9)

 -tf(t)->pd/(dp)((F(p))/p).
(10)

除了上述内容外,还可以使用各种其他方法证明关于 Laplace-Carson 恒等式的更多有趣的结果;许多这样的结果需要更精细的方法(Rubinstein 和 Rubinstein 1999)。


参见

卷积, Heaviside 阶跃函数, 可积, 积分变换, Laplace 变换

此条目由 Christopher Stover 贡献

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参考文献

Rubinstein, I. 和 Rubinstein, L. 经典数学物理中的偏微分方程。 英国剑桥:剑桥大学出版社,1999 年。

引用为

Stover, Christopher. "Laplace-Carson 变换。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源,由 Eric W. Weisstein 创建。 https://mathworld.net.cn/Laplace-CarsonTransform.html

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