У нас преобразование синуса осуществляется с помощью экспоненты. Но экспонента не линейная функция!!!???
Нет, не с помощью экспоненты, а с помощью производной (которая вылезает из зависимости тока от напряжения для конденсатора).
И оказывается что взяв производную от синуса мы получим снова синус (правда сдвинутый по фазе, но это в данном случае игнорируется).
И пока игнорируем фазу, то можем говорить о линейном преобразовании синуса в синус той же частоты.
Экспонента же берётся когда мы приравниваем производную напряжения на конденсаторе (т.е. ток через него) к разности постоянного напряжения источника и меняющегося напряжения конденсатора, приложенную к постоянному резистору (т.е. ток через резистор, он ведь такой же как и через конденсатор). Вот в таком и только таком случае напряжение на конденсаторе меняется по экспоненте.
Вы постоянно хотите заставить конденсатор заряжаться/разряжаться по одному и тому же закону (экспоненте), что неправильно! Он заряжается и разряжается
по производной, а не экспоненте. Экспонента возникает в специальных
частных случаях. В остальных придётся честно использовать производную.
Но эти частные случаи возникает довольно часто, например с диодом и нагрузкой, пока диод закрыт конденсатор разряжается на нагрузку по экспоненте.