例2 已知 (s)=dfrac (1)({s)^2(1+s)}, 求f(t).

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查拉普拉斯反变换的Heaviside覆盖法(留数法),重点在于极点的识别和留数的计算。
解题核心思路:
- 分解极点:确定函数$F(s)$的极点位置及其阶数。
- 应用Heaviside公式:对每个极点,通过求留数的方式计算对应的原函数分量。
- 叠加结果:将所有极点对应的分量相加,得到最终的$f(t)$。
破题关键点:
- 极点识别:$F(s)$的极点为$s=-1$(一阶)和$s=0$(二阶)。
- 留数计算:对一阶极点直接计算留数,对二阶极点需通过求导或展开法处理。
步骤1:分解极点
函数$F(s)=\dfrac{1}{s^2(1+s)}$的极点为:
- 一阶极点:$s_1=-1$
- 二阶极点:$s_2=0$
步骤2:计算各极点的留数
极点$s=-1$的留数
根据Heaviside公式,对应分量为:
$\text{Res}_{s=-1}\left[F(s)e^{st}\right] = \lim_{s \to -1} (s+1) \cdot \frac{e^{st}}{s^2(1+s)} = \frac{e^{-t}}{(-1)^2} = e^{-t}$
极点$s=0$的留数
对于二阶极点,展开$F(s)$为泰勒级数形式:
$F(s) = \frac{1}{s^2} \cdot \frac{1}{1+s} = \frac{1}{s^2} \sum_{n=0}^\infty (-1)^n s^n \quad (\text{当}|s|<1)$
取前两项展开:
$F(s) \approx \frac{1}{s^2} - \frac{1}{s} + \cdots$
对应分量为:
$\text{Res}_{s=0}\left[F(s)e^{st}\right] = \lim_{s \to 0} \left[ \frac{d}{ds} \left( s^2 \cdot \frac{e^{st}}{s^2(1+s)} \right) \right] = \lim_{s \to 0} \frac{d}{ds} \left( \frac{e^{st}}{1+s} \right)$
计算导数:
$\frac{d}{ds} \left( \frac{e^{st}}{1+s} \right) = \frac{t e^{st}(1+s) - e^{st}}{(1+s)^2}$
代入$s=0$得:
$\frac{t \cdot 1 \cdot 1 - 1}{1^2} = t - 1$
步骤3:叠加结果
将两部分结果相加:
$f(t) = e^{-t} + (t - 1)$