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線性系統(tǒng)的狀態(tài)變量（或輸出變量）與輸入變量間的因果關(guān)系可用一組線性微分方程或差分方程來描述，這種方程稱為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，狀態(tài)變量和輸出變量對于所有可能的輸入變量和初始狀態(tài)都滿足疊加原理的系統(tǒng)。

作為疊加性質(zhì)的直接結(jié)果，線性系統(tǒng)的一個重要性質(zhì)是系統(tǒng)的響應(yīng)可以分解為兩個部分：輸入響應(yīng)和狀態(tài)響應(yīng)，前者指由非零初始狀態(tài)所引起的響應(yīng)。后者則指由輸入引起的響應(yīng)。兩者可分別計算。這一性質(zhì)為線性系統(tǒng)的分析和研究帶來很大方便。

嚴格地說，實際的物理系統(tǒng)都不可能是線性系統(tǒng)。但是，通過近似處理和合理簡化，大量的物理系統(tǒng)都可在足夠準確的意義下和一定的范圍內(nèi)視為線性系統(tǒng)進行分析。例如一個電子放大器，在小信號下就可以看作是一個線性放大器，只是在大范圍時才需要考慮其飽和特性即非線性特性。線性系統(tǒng)的理論比較完整，也便于應(yīng)用，所以有時對非線性系統(tǒng)也近似地用線性系統(tǒng)來處理。