📏 12/60 線性化:工程師最重要的近似技巧—— 如何把複雜世界變成可控世界

導讀:真實世界幾乎都是非線性

放大器會飽和

馬達會有死區

感測器會彎曲

材料會老化

但工程師仍能設計、控制、預測。

關鍵就在:

👉 線性化


一、什麼是線性化?工程版定義

數學形式:

f(x) ≈ f(a) + f′(a)(x − a)

工程語言:

👉 在某一工作點附近

👉 用一條直線取代彎曲曲線


二、線性化的物理意義

在小範圍內:

👉 所有曲線看起來都像直線

因此:

👉 可用線性工具處理


三、為什麼工程師愛線性系統?

因為:

  • 可預測
  • 可分析
  • 可設計
  • 可穩定化

非線性世界 → 線性小區塊


四、線性化與工作點

線性化一定要指定:

👉 工作點

不同工作點:

👉 不同線性模型


五、小訊號模型

電路工程常說:

👉 大訊號決定位置

👉 小訊號決定變化


六、線性化的適用條件

✔ 變動要小

✔ 附近曲率不大

✔ 誤差可接受


七、什麼時候線性化會害死人?

❌ 大振幅

❌ 飽和區

❌ 接近不連續點


八、工程版一句話總結

線性化不是假裝世界是線性的,

而是承認它很複雜,但在小範圍內可控。


九、本單元你應該建立的直覺

✔ 先找工作點

✔ 再線性化

✔ 再驗證範圍


🔜 下一單元預告

🔎 13/60 局部線性模型能相信到什麼程度?

 

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「강신호(姜信號 / Kang Signal)」聚焦電信、網路與 AI 電子核心技術,解析 5G/6G、衛星通訊、訊號處理與產業趨勢,以工程視角輸出可落地的專業洞見,打造強信號的未來。
2026/01/27
二階微分揭示系統隱藏的加速度與曲率,是判斷是否即將失控的關鍵指標。工程師不只看當下速度,更要看變化趨勢與轉折點,才能提前辨識不穩定、震盪與風險,做出正確的控制與修正決策。
2026/01/27
二階微分揭示系統隱藏的加速度與曲率,是判斷是否即將失控的關鍵指標。工程師不只看當下速度,更要看變化趨勢與轉折點,才能提前辨識不穩定、震盪與風險,做出正確的控制與修正決策。
2026/01/26
二階微分用來描述系統「變化的變化」,也就是加速度與曲率,能提早揭示趨勢反轉與失控風險。一階看是否在動,二階看是否仍在加速。工程師藉由觀察正負號與轉折點,判斷系統穩定度,提前避免能量與應力快速累積造成災難。
2026/01/26
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2026/01/26
一階微分用來描述系統「此時此刻的反應強度」,反映輸入微小變化時輸出立刻改變多少。斜率越大代表越敏感、越難控;斜率越小代表較穩定。工程師常在工作點進行線性化,以一階微分近似複雜系統並進行控制設計。
2026/01/26
一階微分用來描述系統「此時此刻的反應強度」,反映輸入微小變化時輸出立刻改變多少。斜率越大代表越敏感、越難控;斜率越小代表較穩定。工程師常在工作點進行線性化,以一階微分近似複雜系統並進行控制設計。
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