권찡's 공학이야기

라플라스 변환-합성곱(convolution) 본문

mathematics/engineering math

라플라스 변환-합성곱(convolution)

권찡 2019. 1. 8. 19:48

라플라스 변환에서 빠질수 없는 것이 convolution입니다. 


이 연산은 이후 아주 많은 부분에서 응용될 것이고, 공학에서 아주 기본적인 연산중 하나입니다.




일단 합성곱 정리를 보면

f(t)*g(t)%3D%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20t%20%7D%7B%20f(u)g(t-u)du%20%7D%5C%5C%20%5Ccombi%20%5E%7B%20-1%20%7D%7B%20%5CL%20%20%7D%5C%7BF(s)G(s)%5C%7D%3D%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20t%20%7D%7B%20f(u)g(t-u)du%20%7D%20

합성곱의 경우 일반적인 곱셈인 X와 달리 * 표시를 해서 표시합니다.




위 정리를 보면, t함수의 합성곱은 라플라스 변환할시 s함수의 일반적인 곱합성곱 역시 일반적인 곱셉과 같이 교환조건, 분배조건 역시 성립합니다.


예를 들어서 convolution  를 알아보겠습니다.


%5C%5C%20t*t%3D%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20t%20%7D%7B%20u(t-u)du%20%7D%3D%5Ccombi%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20t%20%7D%7B%20%5Cleft%5Clceil%20%5Cfrac%20%7B%20t%5Ccombi%20%5E%7B%202%20%7D%7B%20u%20%7D%20%7D%7B%202%20%7D-%5Cfrac%20%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%203%20%7D%7B%20u%20%7D%20%7D%7B%203%20%7D%20%5Cright%5Crceil%20%20%7D%3D%5Cfrac%20%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%203%20%7D%7B%20t%20%7D%20%7D%7B%206%20%7D%5C%5C%20%5C%5C%20%EC%9D%B4%EB%9F%B0%5Cquad%20%EC%8B%9D%EC%9C%BC%EB%A1%9C%5Cquad%20%ED%95%A9%EC%84%B1%EA%B3%B1%5Cquad%20%EA%B3%84%EC%82%B0%5Cquad%20%5C%5C%20%5C%5C%20%EC%9D%B4%EC%A0%9C%5Cquad%20%EC%9D%91%EC%9A%A9%ED%95%B4%5Cquad%20%EB%B3%B4%EA%B2%A0%EC%8A%B5%EB%8B%88%EB%8B%A4.%5C%5C%20%EB%AC%B8%EC%A0%9C%5Cquad%20.%5Cquad%20y%5Cquad%20%EB%A5%BC%5Cquad%20%EA%B5%AC%ED%95%B4%EB%9D%BC%5C%5C%20y(t)%3D2%2B%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20t%20%7D%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%20t-u%20%7D%7B%20e%20%7Dy(u)du%20%7D%5C%5C%20%20

%ED%92%80%EC%9D%B4.%5C%5C%20y(t)%3D2%2B%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20t%20%7D%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%20t-u%20%7D%7B%20e%20%7Dy(u)du%20%7D%5Cquad%20%EB%A5%BC%5Cquad%20%ED%99%95%EC%9D%B8%ED%95%B4%5Cquad%20%EB%B3%B4%EB%A9%B4%5Cint%20_%7B%200%20%7D%5E%7B%20t%20%7D%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%20t-u%20%7D%7B%20e%20%7Dy(u)du%20%7D%EB%8A%94%5Cquad%20%ED%95%A9%EC%84%B1%EA%B3%B1%EC%9D%98%5Cquad%20%EC%A0%95%EC%9D%98%5C%5C%20%5C%5C%20%EB%94%B0%EB%9D%BC%EC%84%9C%5Cquad%20%EC%95%84%EB%9E%98%EC%99%80%5Cquad%20%EA%B0%99%EC%9D%B4%5Cquad%20%ED%91%9C%EA%B8%B0%ED%95%B4%5Cquad%20%EB%B4%85%EC%8B%9C%EB%8B%A4.%5C%5C%20y(t)%3D2%2B%5Ccombi%20%5E%7B%20t%20%7D%7B%20e%20%7D*y(t)%5C%5C%20%EC%96%91%EB%B3%80%EC%97%90%5Cquad%20%EB%9D%BC%ED%94%8C%EB%9D%BC%EC%8A%A4%5Cquad%20%EB%B3%80%ED%99%98%EC%9D%84%5Cquad%20%EC%B7%A8%ED%95%98%EB%A9%B4%5C%5C%20Y(s)%3D%5Cfrac%20%7B%202%20%7D%7B%20s%20%7D%2B%5Cfrac%20%7B%201%20%7D%7B%20s-1%20%7DY(s)%5Cquad%20%5Cquad%20%5Cquad%20%5Cquad%20%5Cquad%20%5Cquad%20%5Cquad%20%7C%ED%95%A9%EC%84%B1%EA%B3%B1%EC%9D%98%5Cquad%20%EB%9D%BC%ED%94%8C%EB%9D%BC%EC%8A%A4%5Cquad%20%EB%B3%80%ED%99%98%EC%9D%80%5Cquad%20%EC%9D%BC%EB%B0%98%5Cquad%20%EA%B3%B1%EC%85%89%5C%5C%20%5Cfrac%20%7B%20s-2%20%7D%7B%20s-1%20%7DY(s)%3D%5Cfrac%20%7B%202%20%7D%7B%20s%20%7D---%5Cto%20Y(s)%3D%5Cfrac%20%7B%202(s-1)%20%7D%7B%20s(s-2)%20%7D%3D%5Cfrac%20%7B%201%20%7D%7B%20s%20%7D%2B%5Cfrac%20%7B%201%20%7D%7B%20s-2%20%7D%5C%5C%20%EB%94%B0%EB%9D%BC%EC%84%9C%5Cquad%20y(t)%3D1%2B%5Ccombi%20%5E%7B%202t%20%7D%7B%20e%20%7D%20


합성곱의 정의를 잘 생각해 보면 간단히 풀릴 문제이군요


합성곱을 사용할때 주의할점은


t 함수끼리의 합성곱인 라플라스 변환을 통해 s함수의 일반곱으로

s함수끼리의 일반곱은 라플라스 역변환을 통해 t 함수의 합성곱이 되는 것입니다.


%5C%5C%20%5Ccombi%20%5E%7B%20-1%20%7D%7B%20%5CL%20%20%7D%5C%7B%5Cfrac%20%7B%20s%20%7D%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%202%20%7D%7B%20(%5Ccombi%20%5E%7B%202%20%7D%7B%20s%20%7D%2B1)%20%7D%20%7D%5C%7D%EC%9D%98%5Cquad%20%EA%B2%BD%EC%9A%B0%EB%A5%BC%5Cquad%20%EB%B4%85%EC%8B%9C%EB%8B%A4.%5Cquad%20%EC%9D%B4%EA%B2%BD%EC%9A%B0%5Cquad%20%EC%9D%B4%EC%A0%84%EA%B9%8C%EC%A7%80%EB%8A%94%5Cquad%20%EB%B6%84%EC%88%98%EB%A5%BC%5Cquad%20%EB%82%98%EB%88%84%EA%B1%B0%EB%82%98%5Cquad%20%5C%5C%20%EB%B3%80%EC%9D%B4%5Cquad%20%EA%B3%B5%EC%8B%9D%EC%9D%84%5Cquad%20%EC%9D%B4%EC%9A%A9%ED%95%B4%EC%84%9C%5Cquad%20%ED%92%80%EC%97%88%EC%8A%B5%EB%8B%88%EB%8B%A4.%EA%B7%B8%EB%9F%AC%EB%82%98%5Cquad%20%ED%95%A9%EC%84%B1%EA%B3%B1%5Cquad%20%EC%A0%95%EC%9D%98%EB%A5%BC%5Cquad%20%EC%9D%B4%EC%9A%A9%ED%95%B4%5Cquad%20%EB%B3%B4%EB%A9%B4%5C%5C%20%5Ccombi%20%5E%7B%20-1%20%7D%7B%20%5CL%20%20%7D%5C%7B%5Cfrac%20%7B%20s%20%7D%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%202%20%7D%7B%20(%5Ccombi%20%5E%7B%202%20%7D%7B%20s%20%7D%2B1)%20%7D%20%7D%5C%7D%3D%5Ccombi%20%5E%7B%20-1%20%7D%7B%20%5CL%20%20%7D%5C%7B%5Cfrac%20%7B%20s%20%7D%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%202%20%7D%7B%20s%20%7D%2B1%20%7D%5Cfrac%20%7B%201%20%7D%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%202%20%7D%7B%20s%20%7D%2B1%20%7D%5C%7D%EB%A1%9C%5Cquad%20s%ED%95%A8%EC%88%98%EC%9D%98%5Cquad%20%EA%B3%B1%ED%98%95%ED%83%9C%EA%B0%80%5Cquad%20%EB%90%A9%EB%8B%88%EB%8B%A4.%5C%5C%20%EB%94%B0%EB%9D%BC%EC%84%9C%5C%5C%20%5Ccombi%20%5E%7B%20-1%20%7D%7B%20%5CL%20%20%7D%5C%7B%5Cfrac%20%7B%20s%20%7D%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%202%20%7D%7B%20s%20%7D%2B1%20%7D%5Cfrac%20%7B%201%20%7D%7B%20%5Ccombi%20%5E%7B%202%20%7D%7B%20s%20%7D%2B1%20%7D%5C%7D%3Dcost*sint%EA%B0%80%5Cquad%20%EB%90%98%EB%8A%94%5Cquad%20%EA%B2%83%EC%9E%85%EB%8B%88%EB%8B%A4.%20