[선형변환] 라플라스 변환 (Laplace Transform)

본 자료는 국립 창원대학교 메카트로닉스 공학부 학생을 대상으로 한 공업수학 수업 자료입니다. 본 자료는 수업의 교재인 공업수학I 개정3판(고형준 외, 도서출판 텍스트북스)의 내용을 재구성한 것으로 수업보조 자료 이외의 목적이 없음을 알립니다.

라플라스 변환

위에 라플라스변환의 정의가 나타나 있습니다.

라플라스변환의 정의를 이용해서 "1"을 라플라스변환한 결과입니다. 그러나, 위 정의식을 계속 사용한다는 것은 뭐 힘든일이겠지요^?^. 그래서

저와 같이 변환표를 이용합니다.

Laplace Transform -1.pdf

라플라스 역변환

위는 라플라스 역변환표입니다. 뭐 당연히 라플라스 변환표의 반대겠지요^^. 라플라스 역변환의 정의는 아주 복잡해서 손으로 푸는 것은 어렵습니다. 그래서 위 역변환표에 가장 가까운 형태로 식의 형태로 바꾸어가는 겁니다.

위의 예제를 보면 무슨 말인지 알 수 있을겁니다.

위 예제는 항별나누기를 이용해서 식을 분리하고, 라플라스 변환이 가지는 선형성을 이용해서 각각을 역변환하는 것입니다.

위 예제는 흔히 말하는 유수정리(Residue Theorem)의 부분분수 전개를 이용한 것입니다. 보통은 위 전개방식은 분모를 영으로 만드는 것을 대입한다고 외웁니다.^^.

이 라플라스 변환과 역변환은 미방의 풀이에 큰 장점을 가지게 되는데요 일단 도함수를 변환하면 위 정리와 같습니다.

미방을 라플라스 변환하고 대수방정식화된 식의 해를 찾고 다시 역변환하는 과정을 거치게 됩니다.

위 간단한 예를 보면

위와 같이 초기값을 고려하여 라플라스변환하고 라플라스변환된 식을 푼다음 다시 역변환으로 그 해를 찾는 것입니다.

Laplace Transform -2.pdf

Translation Theorem

시간영역에서 지수함수는 라플라스 변환을 하고 나면 단순 평행이동이 되어있습니다.

이를 이용하면 위 예제들 역시 간단히 그 해를 찾을 수 있습니다.

Laplace Transform -3.pdf

Derivatives of Transforms

시간영역에서 시간의 급수형태의 함수를 라플라스변환하면 라플라스 도메인 영역에 대한 미분형태로 나타나게 됩니다.

Laplace Transform -4.pdf