• ベストアンサー

振動方程式の解

振動方程式 d2u/dt2=d2u/dx2 の解答は、 解(u,t)は、時間とともにxの正方向に進む波F(x-t)と負方向に進む波G(x+t)の和として表せる。 で、よろしいでしょうか? ご教授いただけましたら幸いです。 よろしくお願い申し上げます。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • alice_44
  • ベストアンサー率44% (2109/4759)
回答No.1

よろしいです。 w = x+t s = x-t で変数変換すると、 (∂/∂t)^2 u = (∂/∂x)^2 u は (∂/∂w)(∂/∂s) u = 0 と変形できます。 その一般解は、w に依存しない関数と s に依存しない関数の和です。 u = F(s) + G(w) と書いてもよい。

matsumichi
質問者

お礼

ご回答ありがとうございます。 もっと勉強します。 また質問を出させていただきますが、よろしくお願い申し上げます。

関連するQ&A

  • 強制振動

    m×d^2x/dt^2+mω。^2x+2mν×dx/dt=Fcosωt...(1) 1.強制振動の場合の一般解が、F=0とした斉次方程式の解と、Fの入った方程式の特解の和で与えられることを示せ。 2.特解を求めよ。 3.特解の振幅について、外力の振動数を変えたときどうなるかしらべよ。 4.特解の位相と外力の位相の関係を、外力の振動数が小さいときから大きくしていく場合についてどうなるかを議論せよ。 自分の解等 1.わかりません 2.(1)×1/mより  d^2x/dt^2+ω。^2x+2ν×dx/dt=F/m×cosωt 特解をx=Acosωtとおき上の式に代入する  -ω^2Acosωt+ω。^2Acosωt-2νωAcosωt=F/m×cosωt F/m=fとすると  A=f/-ω^2+ω。^2-2νω よって特解は    x=f/-ω^2+ω。^2-2νω×cosωt 3. 振幅はω<ω。で正、ω>ω。で負の値をとるがωに近づくにつれ、そ  の絶対値は無限大に発散する。 4.わかりません。

  • 微分方程式の解を教えてください

    d^2x(t)/dt^2 + 4dx(t)/dt + 3x(t) = 12 この微分方程式の一般解は何になるのでしょうか? また3x(t)が4x(t)だとどうなりますか? よろしければ教えてください。

  • 減衰振動

    xは時間tの関数:x(t)であるとする。初期条件をx(0)=10、dx/dt(0)=0とするとき、次の微分方程式の一般解を求めよ。どれが減衰振動で、どれが臨界減衰の解に対応するか。 1、d^2x/dt^2+2dx/dt+4x=0 2、d^2x/dt^2+5dx/dt+4x=0 3、d^2x/dt^2+4dx/dt+4x=0 解き方が分かりません。 教えてください。

  • 減衰振動の微分方程式の解

    先生から配られたプリントには減衰振動の微分方程式が「m(dx/dt)^2+2γ・dx/dt+ω^2x=0」の時、解が「x=A・EXP(-γt)cos(ω´t+φ)」って書かれてます。 摩擦:гならг/m=2γ、バネ定数:kならk/m=ω^2、A=√C1^2+C2^2、φ=C1/C2、ω´^2=ω^2-γ^2です。 解の式で、cosじゃなくてsinではないのですか?単振動・強制振動の場合も同様にcosでした。 誰かよろしくお願いいたします。

  • 二次元拡散方程式の一般解が求まりません

    すみません、拡散方程式で解けない問題がありまして、どなたかご教授ください。 u(x,y,t)の位置(x,y)と時間(t)のみに依存する関数があり、 拡散方程式 du/dt=D*(d^2u/dx^2+d^2u/dy^2)  (dは本来は偏微分のパーシャルdです。Dは定数) 一辺の長さが1.0の正方形を考えています。(0<x<1 , 0<y<1) 境界条件は、u(0,y,t)=0.0 , u(x,0,t)=0.0 ,u(1.0,y,t)=0.0 , u(x,1.0,t)=0.0 です。 初期条件は u(x,y,t)=10.0 です。 すみませんができれば解のみではなく方針までお答えいただけると幸いです。よろしくお願いします。

  • 指数方程式の解

    xについての以下の方程式が正の解と負の解をそれぞれ1つずつもつとき、 定数aの範囲を求めよ。 【自分の解答】 2^x =tとおく。 (t>0) (与式)=t^2 -(a^2)t+2a^2 +4a-6=0 2つの解をα、βとすると、解と係数の関係より、 αβ=2a^2 +4a-6=0 [1]αβ<0であればよい。 a^2 +2a-3<0 (a+3)(a-1)<0 -3<a<1 [2]判別式D>0であればよい。 D=a^4 -8a^2-16a+24>0 ここで手詰まりです(>_<) 詳しい解説と解答お願いします。

  • 微分方程式をつかった問題なのですが…

    次の強制振動の時間が十分経過したときの解xをx=Acos(ω₀t-δ)とし、このxを下記の微分方程式に代入することによって、振幅Aと位相のずれδを求めよ。 ただし、ω、ω₀、γはすべて正の値として扱ってよい。 d^2x/dt^2 + 2γdx/dt + ω^2x = f₀cosω₀t 詳しい解説、解答、よろしくおねがいします。

  • 微分方程式の解について

    すべての点で微分可能な関数u(x)が次の条件を満たしている。   u(x)=u(-x)+2x …(1) かつ u(x)u'(x)+u(-x)u'(-x)=6x^2+2 …(2) このとき、関数u(x)を求めよ。 という問題に次のように解答したのですが、答えに自信がありません。合っているのでしょうか。 [解答1] (2)より [{u(x)}^2]'+[{u(-x)}^2]'=12x^2+4 {u(x)}^2+{u(-x)}^2=4x^3+4x+C (1)より、u(-x)=u(x)-2x、これを上の式に代入して {u(x)}^2+{u(x)-2x}^2=4x^3+4x+C 2{u(x)}^2-4xu(x)-4x^3+4x^2-4x+D=0 {u(x)}^2-2xu(x)-2x^3+2x^2-2x+E=0 u(x)=x±√(2x^3-x^2+2x+E) [解答2] (1)より、u(-x)=u(x)-2x、これと(2)式より u(du/dx)+(u-2x){(du/dx)-2}=6x^2+2 2(u-x)(du/dx)-2u+4x=6x^2+2 (u-x)(du/dx)-u+2x=3x^2+1 u-x=tとおくと (du/dx)-1=(dt/dx)より、(du/dx)=1+(dt/dx) t{1+(dt/dx)}-t=3x^2-x+1 t(dt/dx)=3x^2-x+1 tdt=(3x^2-x+1)dx (1/2)t^2=x^3-(1/2)x^2+x+C t^2=2x^3-x^2+2x+D u-x=±√(2x^3-x^2+2x+D) u(x)=x±√(2x^3-x^2+2x+D)

  • 減衰振動のグラフが書けない…

    微分方程式の基礎問題で、    10(dx^2/dt^2)+10(dx/dt)+10x=0 をx(t)について解き、グラフに示せという問題で足が止まりました。  この解は   x(t)= e^(-0.5)*(3cos3.12t+0.48sin3.12t)   (特性方程式 D < 0 で減衰振動)  となり、ここまでは解くできましたが、これについて関数電卓で具体的な値を求めると x(0)= 3 x(1)= 1.83 x(2)= 1.12 x(3)= 0.68 x(4)= 0.41 x(5)= 0.25 … というようになり、負の値が出ず減衰振動のグラフが書けません。  ちなみに回答例のグラフでは     t=0,2,4,… で極大に   t=1,3,5,… で極小になっています。    それぞれの値の絶対値を取ると、上記のxの値となるのですが… どこがどう違うのさっぱり分かりません… お分かりの方がいらっしゃったらどうか教えてください。

  • 物理についての問題です.(強制振動) 

    物理についての問題です.(強制振動) d^2x/dt^2+2ɤ dx/dt+ω^2 x=fosin(ω0t+Φ0) の特解を求めよ. [外力と同じ角振動数ω0の振動が残るので,xp(t)=Dsin(ω0t+Φ0+θ)の形で特解が見つかる.Dとθは微分方程式を満たすように決めなければならない.] 上記の問題についてご解説よろしくお願いします. 途中の計算もお願いします.