系統(tǒng)線性的兩個條件

1. 背景介紹

在信號與系統(tǒng)課程中，講解線性系統(tǒng)需要同時滿足兩個特性：?一是疊加性。?當(dāng)兩個輸入信號x1、x2分別引起輸出y1、y2。?那么x1+x2所引起的系統(tǒng)輸出等于y1+y2；第二個特性是齊次性，?輸入信號x1引起系統(tǒng)的輸出為 y1。?對應(yīng)a倍的x1引起系統(tǒng)輸出是a倍的y1。?這兩個特性需要分別進(jìn)行驗(yàn)證。

2. 相關(guān)舉例

關(guān)于系統(tǒng)的線性兩個條件，?在數(shù)學(xué)中的函數(shù)、映射中也有相應(yīng)的討論。?疊加性和齊次性是相互獨(dú)立的兩個性質(zhì)。?通常情況下， 舉例說明滿足其次關(guān)系的系統(tǒng)，不能滿足疊加性相對比較容易。?但是舉例說明滿足疊加性的系統(tǒng)，不能滿足齊次性相對困難。?這主要是常見到的工程應(yīng)用中碰到的系統(tǒng)大體都是實(shí)數(shù)信號，而且滿足連續(xù)性。?在這種情況下，滿足疊加性的系統(tǒng)往往就能夠滿足齊次性。

根據(jù)維基百科中關(guān)于數(shù)學(xué)中線性的定義，?對于限定尺度數(shù)字a為有理數(shù)時，?疊加性意味著線性，并給出了簡要的證明。?對于連續(xù)函數(shù)，?可以將比例系數(shù)a放寬到實(shí)數(shù)范圍。?這是根據(jù)有理數(shù)在實(shí)數(shù)范圍內(nèi)具有稠密特性來決定的。

One short-of-linear functon: Does f(x+y)=f(x)+f(y) imply f(ax)=af(x)?

Additivity and Homogeneity[1]

https://www.maa.org/sites/default/files/0746834255345.di020786.02p04776.pdf

Additive but not homogeneous continuous system?[2]

https://dsp.stackexchange.com/questions/19522/additive-but-not-homogeneous-continuous-system

Wikipedia article on linear system[3]

http://en.wikipedia.org/wiki/Linearity#In_mathematics

在這篇“課堂膠囊”網(wǎng)文中，作者總結(jié)本科數(shù)學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，給出了疊加性與齊次性的討論。并給出了一些反例。如果齊次性的比例系數(shù)放寬到復(fù)數(shù)，作者給出了一個最常見到的映射關(guān)系。比如T7，取輸入信號的實(shí)部，它滿足疊加性。如果尺度數(shù)字是復(fù)數(shù)的情況下，這個映射不滿足其次特性。

在這篇博文中對滿足疊加性是否預(yù)示著齊次性進(jìn)行了討論。作者構(gòu)造了一個實(shí)數(shù)域內(nèi)的一個映射，滿足疊加性但不滿足齊次性。下面我們看一下這個例子。

定義在有理數(shù)向量空間的一個映射Q。對于每一有理數(shù)對（a,b），它們對應(yīng)的一個實(shí)數(shù)a加上b倍的根號2。經(jīng)過映射后等于有理數(shù)a+b，很容易驗(yàn)證這個映射在向量空間Q中滿足疊加性。構(gòu)造比例因子alpha，可以驗(yàn)證在alpha尺度下，這個映射不滿足齊次性。

對于這個反例，作者也認(rèn)為存在一定缺陷，比如這個比例因子不屬于原來向量空間Q，而是屬于向量空間Q，根號2。這個例子也說明，構(gòu)建實(shí)數(shù)域內(nèi)的反例不是太容易。

3. 總結(jié)

本文討論了信號與系統(tǒng)中的線性概念。?在數(shù)學(xué)概念中，線性系統(tǒng)需要同時滿足疊加性和齊次性。?但在實(shí)際常見到的連續(xù)時間系統(tǒng)中， 都是實(shí)數(shù)信號，且都滿足連續(xù)性。?所以只要滿足疊加性就可以了。