본문으로 건너뛰기
187 / HARMONIC ANALYSIS LAB
먼저 알아두면 좋아요 · 연결된 선수 단원의 복소수·적분·선형 사상과 표본 표기
단원 목록 (600) · Laplace·Z 변환과 수렴 영역
이해하는 속도로 읽으세요.개념도이론실험확인 문제
BUILD YOUR INTUITION

먼저 그림으로 이해하기

한 번에 한 단계씩 살펴보세요.

같은 유리식이라도 ROC가 다르면 다른 신호라는 것을 확인합니다.

Bilateral Laplace: rational 1/(s+a), causal right-sided signal. Algebraic continuation outside ROC is not the convergent transform.

-331.050
가로 시간 t 또는 정수 n · 세로 해당 sided signal · ROC와 질의 변환값은 수치 표에서 확인
coordinatesignal value
-30
-20
-10
01
10.368
20.135
30.05

1{query in region of convergence} = 1

고정 기준 예제의 그림과 수치입니다. 각 단계에서 같은 그림의 의미를 차례로 살펴보세요. 고정된 기준 예제이며 아래 실험의 설정과 독립적입니다.
1 / 4

가중

Laplace와 Z는 지수 가중으로 합·적분 수렴 범위를 바꿉니다.

X(s)=∫x(t)e⁻ˢᵗdt

실험에서 확인하기 →
이 단원 목차

유리식만으로 변환을 정할 수 없습니다

변환은 신호 전체의 기여를 적분하거나 합합니다. 간단한 유리식이 나와도 원래 적분·급수가 실제 수렴하는지는 별개입니다. 수렴 영역 ROC도 답의 일부입니다. 여기서는 bilateral 변환을 사용하며, 초기값 문제의 unilateral 관례와 구별합니다.

a>0에서 causal 지수함수와 음수 부호를 붙인 anti-causal 지수함수를 비교합니다. 두 번째 함수의 음수 부호는 의도한 것입니다.

L{e−atu(t)}(s)=1s+a,ℜs>−a,L{−e−atu(−t)}(s)=1s+a,ℜs<−a.\begin{aligned} \mathcal L\{e^{-at}u(t)\}(s)&=\frac1{s+a},&&\Re s>-a,\\ \mathcal L\{-e^{-at}u(-t)\}(s)&=\frac1{s+a},&&\Re s<-a. \end{aligned}

첫 적분의 크기는 양의 시간에서 exp(−(Re s+a)t)처럼 줄어들어야 합니다. 두 번째는 음의 무한대 방향으로 적분하므로 부등호가 반대입니다. t=0 한 점의 값은 적분에 영향을 주지 않습니다.

식이 같아도 신호와 존재 영역은 다릅니다

a=1, s=0이면 causal 적분은 1입니다. anti-causal 적분은 발산하지만 1/(s+1)에 대입하면 여전히 1이 나옵니다. 수치 표가 rational continuation과 실제 수렴 변환을 분리하는 이유입니다. s=−1은 극점이므로 어느 쪽에도 유한한 값을 주지 않습니다. s=−2에서는 anti-causal 변환이 존재하고 −1입니다.

파란 그림은 선택한 신호의 유한 시간 구간만 보여줍니다. 왼쪽 꼬리가 지수적으로 커지는 신호를 그림에서 잘랐다고 전체 적분이 수렴하지는 않습니다. 빈 점과 채운 점은 끝점의 값 관례를 구별합니다.

이산 시간에서는 원형 ROC가 나옵니다

bilateral Z 변환은 모든 정수에 대해 x[n]z⁻ⁿ을 더합니다.

Z{anu[n]}(z)=zz−a,∣z∣>a,Z{−anu[−n−1]}(z)=zz−a,∣z∣<a.\begin{aligned} \mathcal Z\{a^nu[n]\}(z)&=\frac z{z-a},&&|z|>a,\\ \mathcal Z\{-a^nu[-n-1]\}(z)&=\frac z{z-a},&&|z|<a. \end{aligned}

기하급수의 공비 조건 때문에 수렴 영역이 수직 반평면 대신 원 안팎이 됩니다. a=0.5, z=0.25이면 anti-causal 합은 −1입니다. 음의 시간 급수를 −Σₘ≥₁(z/a)ᵐ으로 쓰면 z=0에서 값 0도 정의됩니다. causal 급수는 그곳에서 수렴하지 않습니다.

직접 풀기와 시스템 해석

a=1.5, z=1에서 어느 쪽 변환이 존재할까요? 1<1.5이므로 anti-causal 쪽만 존재하고 값은 −2입니다. 두 모드의 readout을 확인한 뒤 z=1.5의 극점으로 옮겨 보세요.

주파수 응답을 읽을 때 Laplace의 허수축과 Z의 단위원이 중요합니다. 이를 보통 Fourier 응답으로 해석하려면 해당 집합이 ROC에 들어가는지 확인해야 합니다. 인과성·안정성과 극점 위치의 관계는 신호 또는 시스템과 ROC를 함께 명시해야 하며 유리식 하나만으로 판단할 수 없습니다.

추가 읽기: MIT 6.003, Signals and Systems lecture notes.

CHECK YOUR UNDERSTANDING

설명할 수 있나요?

실험 설정과 무관한 기준 예제를 묻습니다. 답을 고르고 설명을 확인해보세요.

1. 유리식만 알면 시간 신호가 유일한가요?
2. ROC 밖의 유한 유리식 값은 수렴한 변환값인가요?

선택한 답과 학습 표시는 이 브라우저에 저장됩니다. 다시 풀거나 표시를 해제할 수 있습니다.