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关于Z变换终值定理两种表达式等价性的技术问询

关于离散时间终值定理两种表述的等价性解答

你观察得非常仔细!这两个离散时间终值定理的表述其实是完全等价的,核心原因在于极限运算的特性,咱们一步步拆解来看:

  1. 先确认你的代数推导完全正确:1 - z⁻¹确实等于(z-1)/z,这一步没有问题。
  2. 关键在于当计算z→1的极限时1/zz=1处是连续且有定义的,它的极限值为1。因此可以对极限进行拆分运算:
    $$
    \lim_{z\to 1} (1-z^{-1})F(z) = \lim_{z\to 1} \frac{z-1}{z} F(z) = \lim_{z\to 1} (z-1)F(z) \cdot \lim_{z\to 1} \frac{1}{z}
    $$
    由于lim(z→1)1/z = 1,上面的式子最终就等于lim(z→1)(z-1)F(z),和第一个表述的右边完全一致。
  3. 需要注意的是,两个公式成立的前提条件完全相同:离散序列f[k]的终值lim(k→∞)f[k]必须是有限值,同时F(z)的所有极点都位于单位圆内部,最多在z=1处有一个一阶极点。只有满足这些条件,极限拆分的操作才合法,两个公式才能得到正确结果。

实际例子验证

比如单位阶跃序列f[k] = u[k],它的z变换是F(z) = z/(z-1)(收敛域|z|>1):

  • 用第一个公式计算:lim(z→1)(z-1)*z/(z-1) = lim(z→1)z = 1,和lim(k→∞)u[k] = 1一致。
  • 用第二个公式计算:lim(z→1)(1-z⁻¹)*z/(z-1) = lim(z→1)(z-1)/z * z/(z-1) = lim(z→1)1 = 1,结果完全相同。

所以你并没有遗漏什么,这两个表述只是形式不同,本质是等价的,只是不同教材会偏好不同的写法而已~

内容的提问来源于stack exchange,提问作者user1011182

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