7.2 线性相似位移与像函数微分|数学物理方法

数学物理方法 · 7.2 线性相似位移与像函数微分
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第七章 / 7.2

线性相似位移与像函数微分

教材172—176页

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06 线性关系与四个三角双曲函数

由积分的线性,

逆变换也线性。利用欧拉公式把拆为指数,马上得到

取实数时,两式的收敛域为。双曲函数由实指数的和差得到

原书用表示。分母对应正弦余弦,对应双曲函数;分子也要配对,不能少掉。

例如的逆变换是,不是。这是最常见的查表丢系数。

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07 相似定理:压缩时间要付出一个比例

若,令,则

对应的另一种写法是

两个式子是同一换元,别把其中的挪错。限制是因为单边积分和因果方向不允许随便反转时间。

例如、:。把一个熟悉指数代进去,是检验缩放方向的最快办法。

若原收敛域是,新函数的收敛域变为。像平面缩放和时间缩放是反向关系。

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08 位移定理:时间上乘指数,像平面移动自变量

直接合并指数:

所以

若原收敛域是,新域为。极点也沿的方向移动。不要把误写成;取检查就能纠错。

这与后面的“延迟定理”不同:此处时间函数没有向右推迟启动,而是每个时刻乘一个指数。二者都会被有些教材称为第一、第二位移定理,做题时直接辨认动作最稳妥。

图 7-3 乘 eᵃᵗ 使像函数的极点与收敛域一起平移
1/p → 1/(p-a)e^(-2t):衰减0-2原极点0移动到a,原收敛域 Re p>0 移到 Re p>a。这是乘时间指数;真正延迟对应像端乘 e^(-τp),并不移动这些极点。

乘e^(-2t)后极点在-2,收敛要求Re p>-2。

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09 像函数微分:对$p$求导,对应时间上乘$t$

在收敛右半平面内部,可以对求导:

因此

负号来自。这一步的导数变量是,不是。

教材中的两个直接应用为

如果出现,可以先把基本变换位移,再对求两次导;或者先求两次导,再把换为。这两种次序在这里相容。

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10 原书例1:$t^2\cos^2t$为什么先降幂

先用,把乘积变成线性和,再利用上一条:

算两次导数并合并,得到

方法比最后的长分式重要: 看到三角函数平方,先降幂;看到外面的,再对像函数求导。不要求背这个结果,应该能按路线重新算出。

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11 两种微分放在一起记,避免串公式

时间端做什么 像端做什么 初值是否出现
乘: 不出现
对求导: 出现

一个是把带进积分,另一个是分部积分。记忆时说出操作及变量,别只背“微分变乘法”这句话。

图 7-4 两种微分:乘时间与对时间求导
时间上乘 tt f(t)↓ 对像函数变量p求导-F′(p)没有初值项时间上求导f′(t)↓ 分部积分产生边界项p F(p)-f(0+)必须保留初值负号来自核 e^(-pt) 对p求导;初值来自t=0的边界。先说清对哪个变量求导,再选公式,就不会把两种“微分法”混用。

左边的导数在像平面,对p求;右边的原函数导数对时间t求,两条公式不能互换。

来源、编排与掌握要求

依据用户提供的严镇军《数学物理方法》扫描本第七章整理;正文印刷页169—190;附表191—197上部,章末习题197下部—201。扫描PDF文件页序等于印刷页码加6。按原书节序覆盖各主题,以重新讲解、推导主线和例题说明组织,未逐字复制原文。自编检查题与原书习题分开编号,原书题号可在本章习题路线中查找;本文件不声称是全部原书习题的逐题答案册。

第一轮优先掌握能独立做题所需的概念、步骤和适用条件;背景、证明及拓展均说明用途和暂缓深究的边界。第七章含24道自编检查题及完整解析。公式与SVG内嵌,可离线阅读;屏幕答案默认折叠,打印时自动展开。整理日期:2026年10月22日。