התמרת לפלס היא כלי מתמטי רב עוצמה המשמש להמרת פונקציות מהמרחב הזמן אל המרחב התדר, ובכך מפשטת מאוד את הניתוח והפתרון של מערכות לינאריות קבועות בזמן (LTI). המעבר הזה מונע על ידי כמה תכונות אוניברסליות: לינאריות, שינוי קנה מידה בזמן, היסט בזמן, והיסט בתדר.
תכונת הלינאריות היא הבסיס להתמרת לפלס. היא קובעת שההתמרה של שילוב לינארי של פונקציות שווה לשילוב הלינארי של ההתמרות של כל פונקציה בנפרד. מבחינה מתמטית, אם f(t) ו-g(t) הן פונקציות עם התמרות לפלס F(s) ו- G(s) בהתאמה, ו- a ו-b הם קבועים, אז התמרת לפלס של af(t)+bg(t) היא aF(s)+bG(s). תכונה זו מפשטת את תהליך ההתמרה של פונקציות מורכבות, בכך שניתן להתמיר כל רכיב בנפרד ולאחר מכן לשלב אותם.
שינוי קנה מידה בזמן הוא תכונה חיונית נוספת. הוא מראה ששינוי הפונקציה על ידי גורם קבוע a משפיע על ההתמרה בצורה לא אינטואיטיבית. ספציפית, אם f(t) היא פונקציה עם התמרת לפלס F(s), אז ההתמרה של f(at) היא 1/|a| F(s/a). תכונה זו מדגימה כיצד שינוי קנה מידה בזמן – כיווץ או הרחבה – מתורגם לשינוי מתאים במרחב התדר, ומשפיע על האופן שבו התנהגות הפונקציה לאורך הזמן מיוצגת.
היסט בזמן היא תכונה מרכזית כאשר פונקציות מושהות או מקודמות בזמן. אִם f(t) מוסט על ידי t_0, ויוצר f(t−t_0) ,ההתמרה שלה היא \e^(-(st_0)) F(s) . גורם אקספוננציאלי זה משקף את השינוי בזמן בתוך תחום ה-s, ומספק שיטה פשוטה לשילוב עיכובי זמן בניתוחי מערכת.
לבסוף, היסט בתדר מתאר את ההשפעה של הכפלת פונקציה בזמן בפונקציה אקספוננציאלית. אם f(t) מוכפלת ב- e^at ההתמרה שלה הופכת ל-F(s−a). תוצאה זו גורמת להיסט אופקי של ההתמרה במרחב ה-S וממחישה כיצד מאפיינים במרחב התדר משתנים על ידי שינויים אקספוננציאליים במרחב הזמן.
לסיכום, התכונות של התמרת לפלס — לינאריות, שינוי קנה מידה בזמן, היסט בזמן והיסט בתדר — מספקות כלים רבי עוצמה לטיפול בפונקציות ומערכות מורכבות, ומאפשרות מעבר קל מניתוח במרחב הזמן לניתוח במרחב התדר.
From Chapter 15:
Now Playing
The Laplace Transform
296 Views
The Laplace Transform
591 Views
The Laplace Transform
421 Views
The Laplace Transform
153 Views
The Laplace Transform
219 Views
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved