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Laplace变换与Fourier变换的关系

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一般而言,若

\[ F(s)=F_a(s)+\sum_{n=1}^N \frac{K_n}{s-\mathrm j\omega_n} \]

其中\(F_a(s)\)的极点全部位于左半平面,\(\omega_n\)是虚轴上的极点。作逆变换得到:

\[ f(t)=f_a(t)+\sum_{n=1}^N K_n\mathrm e^{\mathrm j\omega_nt}u(t) \]

对上述作傅立叶变换,有

\[ \mathscr F[f(t)]=F_a(\omega)+\mathscr F\left[\sum_{n=1}^N K_n\mathrm e^{\mathrm j\omega_n t}\right] \]

其中\(\mathscr F[f_a(t)]=F_a(\omega)\)

\[ \begin{aligned} \mathscr F[f(t)]&=F_a{\omega}=\sum_{n=1}^NK_n\delta(\omega-\omega_n)\ast \left(\pi\delta(\omega)+\frac{1}{\mathrm j\omega}\right)\\ &=F_a(\omega)+\sum_{n=1}^N\frac{K_n}{\mathrm j\omega -\mathrm j\omega_n} +\sum_{n=1}^N K_n\pi\delta(\omega-\omega_n)\\ &=\left.\begin{matrix}F(s)\end{matrix}\right|_{s=\mathrm j\omega}+\sum_{n=1}^N K_n\pi\delta(\omega-\omega_n) \end{aligned} \]

即若虚轴上有极点,原函数的傅里叶变换中有与之对应的冲激函数;如果虚轴上有多重极点,对应的傅里叶变换中会出现冲激函数的各阶导数项。

变换 Laplace变换 Fourier变换
求逆 容易! 困难(可能有\(\delta(\cdot)\)
电路应用 \(H(s)\)好用 \(H(\mathrm j\omega)\)不方便
意义 零极点概念用于时域分析、频率响应、稳定性、电路分析和反馈系统 主要用来说明信号传输或通信系统的构成原理,而不是求解具体的响应。

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