题目
函数 f(t)= te^-3t varepsilon(t) 的拉普拉斯变换 F(s)= ____。A. (1)/((s+3)^2)B. (1)/(s+3)C. (1)/((s-3)^2)D. (1)/(s-3)
函数 $f(t)= te^{-3t} \varepsilon(t)$ 的拉普拉斯变换 $F(s)= \_\_\_\_$。
A. $\frac{1}{(s+3)^2}$
B. $\frac{1}{s+3}$
C. $\frac{1}{(s-3)^2}$
D. $\frac{1}{s-3}$
题目解答
答案
A. $\frac{1}{(s+3)^2}$
解析
考查要点:本题主要考查拉普拉斯变换的频域微分性质和指数乘法性质的应用,以及对基本变换对的掌握。
解题核心思路:
- 分解函数结构:将函数拆分为基本变换对与性质的组合,如 $te^{-3t}\varepsilon(t)$ 可视为 $t$ 与 $e^{-3t}\varepsilon(t)$ 的乘积。
- 选择适用性质:
- 频域微分性质:若函数含 $t$ 因子,可利用 $\mathcal{L}\{t f(t)\} = -\frac{d}{ds}F(s)$。
- 指数乘法性质:若函数含 $e^{-at}$ 因子,可利用 $\mathcal{L}\{e^{-at}f(t)\} = F(s+a)$。
- 分步计算:先求基本变换对的拉普拉斯变换,再结合性质推导最终结果。
破题关键点:
- 正确识别函数结构,选择最简性质路径。
- 注意符号和变量替换,避免计算错误。
方法一:频域微分性质
- 确定基本函数:令 $f(t) = e^{-3t}\varepsilon(t)$,其拉普拉斯变换为:
$F(s) = \mathcal{L}\{e^{-3t}\varepsilon(t)\} = \frac{1}{s+3}.$ - 应用频域微分性质:原函数含 $t$ 因子,根据 $\mathcal{L}\{t f(t)\} = -\frac{d}{ds}F(s)$,对 $F(s)$ 求导:
$-\frac{d}{ds}\left(\frac{1}{s+3}\right) = -\left(-\frac{1}{(s+3)^2}\right) = \frac{1}{(s+3)^2}.$
方法二:指数乘法性质
- 确定基本函数:令 $f(t) = t\varepsilon(t)$,其拉普拉斯变换为:
$\mathcal{L}\{t\varepsilon(t)\} = \frac{1}{s^2}.$ - 应用指数乘法性质:原函数含 $e^{-3t}$ 因子,根据 $\mathcal{L}\{e^{-at}f(t)\} = F(s+a)$,将 $s$ 替换为 $s+3$:
$\mathcal{L}\{te^{-3t}\varepsilon(t)\} = \frac{1}{(s+3)^2}.$
结论:两种方法均得 $F(s) = \frac{1}{(s+3)^2}$,对应选项 A。