拉氏正变换基础练习(共10题)
学习目标:看懂函数,找到对应公式,把简单函数组合起来求拉氏变换。以下均取 \(t\ge0\),求各题的 \(F(s)=\mathcal{L}\{f(t)\}\)。
作答方法:相加减的题目先拆项查表,再把结果相加减;微分、积分题先查原函数的变换,再套用下面的性质。写出代入步骤即可,不要求通分,也不要求用拉氏变换的积分定义计算。
常用公式(做题时可以直接查用)
表中 \(a\) 是指数衰减系数,\(\omega\) 是三角函数中 t 前面的系数;本组题中它们都取正数。
| 原函数 \(f(t)\) | 拉氏变换 \(F(s)\) |
| \(1\) | \(\frac{1}{s}\) |
| \(t\) | \(\frac{1}{s^2}\) |
| \(t^2\) | \(\frac{2}{s^3}\) |
| \(e^{-at}\) | \(\frac{1}{s+a}\) |
| \(\sin\omega t\) | \(\frac{\omega}{s^2+\omega^2}\) |
| \(\cos\omega t\) | \(\frac{s}{s^2+\omega^2}\) |
| \(e^{-at}\sin\omega t\) | \(\frac{\omega}{(s+a)^2+\omega^2}\) |
| \(e^{-at}\cos\omega t\) | \(\frac{s+a}{(s+a)^2+\omega^2}\) |
补充:微分与积分性质
先把要微分或积分的原函数记为 \(g(t)\),查表得到 \(G(s)=\mathcal{L}\{g(t)\}\)。
微分:原函数的变换乘以 \(s\),再减去初值 \(g(0)\)。初值就是把 \(t=0\) 代入原函数所得的数。
\[\mathcal{L}\!\left\{\frac{dg(t)}{dt}\right\}=sG(s)-g(0).\]
积分:从 0 积分到 \(t\) 时,把被积函数的变换除以 \(s\) 即可。
\[\mathcal{L}\!\left\{\int_0^t g(\tau)\,d\tau\right\}=\frac{G(s)}{s}.\]
例题(不计入作业题数):求 \(f(t)=2+e^{-3t}\) 的拉氏变换。
常数 2 的变换为 \(2/s\);指数项取 \(a=3\),变换为 \(1/(s+3)\)。所以:
\[F(s)=\frac{2}{s}+\frac{1}{s+3}.\]
第2题:常数与一次函数
\[f(t)=3+2t\]
提示:把常数项和含 t 的项分别查表,再相加。
第3题:一次项与二次项
\[f(t)=2t+t^2\]
提示:分别使用 \(t\) 和 \(t^2\) 的公式,注意 \(t^2\) 对应式的分子是 2。
第4题:两个指数函数相加
\[f(t)=4e^{-2t}+e^{-3t}\]
提示:第一项取 \(a=2\),第二项取 \(a=3\),保留系数 4。
第5题:常数与指数函数相减
\[f(t)=1-e^{-2t}\]
提示:两项分别查表,保留中间的减号。
第6题:正弦与余弦相加
\[f(t)=2\sin3t+\cos3t\]
提示:两项都取 \(\omega=3\),注意正弦和余弦对应式的分子不同。
第7题:简单微分
\[f(t)=\frac{d}{dt}\!\left(e^{-2t}\right)\]
提示:取 \(g(t)=e^{-2t}\)。先查 \(G(s)\),再代入 \(sG(s)-g(0)\);这里 \(g(0)=e^0=1\),注意不要漏掉减去初值这一项。
第8题:简单积分
\[f(t)=\int_0^t\sin2\tau\,d\tau\]
提示:取 \(g(t)=\sin2t\)。先查正弦函数的变换 \(G(s)\),再除以 \(s\);可以直接使用积分性质。
第9题:带指数因子的正弦函数
\[f(t)=e^{-t}\sin2t\]
提示:直接使用表中 \(e^{-at}\sin\omega t\) 的公式,代入 \(a=1\)、\(\omega=2\)。
第10题:带指数因子的余弦函数
\[f(t)=e^{-2t}\cos3t\]
提示:直接使用表中 \(e^{-at}\cos\omega t\) 的公式,代入 \(a=2\)、\(\omega=3\)。
第11题:简单综合题
\[f(t)=1+2e^{-t}+\sin2t\]
提示:分成三项,逐项查表后相加即可。
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