• ベストアンサー

微積の問題が分かりません。

tの関数f(t)から、新しいsの関数を作る操作Lを L[f(t)]≡∫[0→∞] f(t)e^(-st) dt で定義し、 L[g(t)]=G(s)と書くとき、次の関数にLを作用させた場合の途中の計算がどうなるかよく分かりません。どなたか分かる方がいらっしゃったら、解説をよろしくお願いします。 1) g´(t) 2)  ∫[0→t] g(τ) dτ

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • info22_
  • ベストアンサー率67% (2650/3922)
回答No.2

1)g'(t) L[g'(t)]=∫[0→∞] g'(t)e^(-st) dt 部分積分すると L[g'(t)]=[g(t)e^(-st)] [0→∞]-∫[0→∞]g(t)(-s)e^(-st)dt =-g(0) +sG(s) ここで、s=σ+jω(σ>0)とすれば lim[t→∞] g(t)e^(-st)=0 ∴L[g'(t)]=sG(s)-g(0) 2) ∫[0→t] g(τ)dτ=h(t)とおくと h'(t)=g(t) L[h(t)]=∫[0→∞] h(t)e^(-st) dt 部分積分すると L[h(t)]=[h(t)(-1/s)e^(-st)][0→∞]-(-1/s)∫[0→∞] g(t)e^(-st) dt =h(0)/s+(1/s)G(s) =G(s)/s ここで、s=σ+jω(σ>0),lim[t→∞] g(t)e^(-st)=0 とする。

その他の回答 (1)

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

どちらも、部分積分を行うだけです。 f(t) と e^(-st) のどちらを微分側、どちらを積分側とするか。 1) 2) に与えらた f(t) と、 g(t) との関係を睨んで判断しましょう。それだけ。

関連するQ&A

  • 畳み込み積分のラプラス変換

    畳み込み積分      f * g = ∫[0,t] f(τ) g(t-τ) dτ のラプラス変換が式      L[f * g] = L[f(t)]L[g(t)] の性質を満たすことを示そう。 L[f * g] = ∫[0,∞] (f * g) e^(-st) dt      = ∫[0,∞] {∫[0,t] f(τ) g(t-τ) dτ} e^(-st) dt     ←ここから      = ∫[0,∞] f(τ) {∫[τ,∞] g(t-τ) e^(-st) dt } dτ      = ∫[0,∞] f(τ) {∫[0,∞] g(u) e^{-s(u+τ)} du } dτ   ←ここまで      : (これ以降は理解できました)      = L[f(t)]L[g(t)] ・・・という例が本に載っています。 途中をどうやって計算しているのかが分かりません。 自分で考えてみますと、      = ∫[0,∞] {∫[0,t] f(τ) g(t-τ) dτ} e^(-st) dt      = ∫[0,∞] f(τ) {∫[τ,∞] g(t-τ) e^(-st) dt } dτ の間は、内側と外側の積分を交換したみたいですね。 ただ、その際に      ∫[0,t]が外側に行って∫[0,∞]      ∫[0,∞] が内側に行って{∫[τ,∞] に変換されています。ここがまず分かりません。 次に      = ∫[0,∞] f(τ) {∫[τ,∞] g(t-τ) e^(-st) dt } dτ      = ∫[0,∞] f(τ) {∫[0,∞] g(u) e^{-s(u+τ)} du } dτ の間は      u = t-τ と置いて、      t = u+τ とも置いているようです。 でも、それらを適用しただけだと      = ∫[0,∞] f(τ) {∫[τ,∞] g(u) e^{-s(u+τ)} du } dτ と、∫[τ,∞]の開始点はτのままになってしまいますよね? なぜ、0になってしまったのでしょうか? 多変数の微積分のところで二つの積分を重積分にするのをやりましたが、すっかり忘れました。 復習の意味も込めて教えてください。お願いします。

  • 絶対値付き三角関数の積分、ラプラス変換の問題

    積分∫| cos(t) |e^-st dt を求めよ.という問題で 自分なりに計算してみたところ、 ∫| cos(t) |e^-st dt   (範囲は0~π) = ∫cos(t)e^-st dt - ∫cos(t)e^-st dt  (範囲は0~π/2、π/2~π) = [e^-st × (-scos(t) + sin(t) ) / s^2 + 1 ] - [e^-st × (-scos(t) + sin(t) ) / s^2 + 1] (範囲は0~π/2、π/2~π) = (2e^-πs/2 / s^2 + 1 ) - ( s / s^2 + 1 ) - (se^-πs / s^2 + 1) となりました。 その次の問題で、 |cos(t)| = |cos(t+π)|を用いて、ラプラス変換 L[ |cos(t)| ] = ∫|cos(t)|e^-st dt (範囲は0~∞)を計算せよ という問題があり、こちらの方は手も足も出ない状態です。。。 まず、前半の計算の仕方が合っているのかとその次の問題の解法をお伺いしたいです。 大変見にくいとは思いますが、どうかよろしくお願いします。

  • グラフからラプラス変換をする方法

    添付した画像の、グラフ(b)で示される関数f(t)のラプラス変換を求めたいと思っています。 それで、f(t)を f1(t)=0   :t<t1,t>t3 f2(t)=A(t-t1)/(t2-t1)  :t1<t<t2 f3(t)=A(t-t2)/(t3-t2)  :t2<t<t3 と分解して考え、 ∫[0→∞]f(t)*e^(-st)dt=∫[0→t1]f1(t)*e^(-st)dt+∫[t1→t2]f2(t)*e^(-st)dt+∫[t2→t3]f3(t)*e^(-st)dt+∫[t3→∞]f1(t)*e^(-st)dt=・・・・・ として計算したのですが、なぜか答えが合いません... 答えは、F(s)=(A/s^2)* [{{e^(-t1*s)-e^(-t2*s)}/(t2-t1)}-{{e^(-t2*s)-e^(-t3*s)}/(t3-t2)}] となるようなのですが、前述した方法で計算すると(定数)×1/sの項が残ってしまい、答えにたどりつくことができません。この方法で計算するのは間違っているのでしょうか?

  • 微積の問題です。

    以下のような問題に頭を悩ませております。 ふたつの関数f(x),g(x)は次の(I)(II)をみたしている。 この時次のf(x),g(x)をそれぞれ求めなさい。 (I)f(x)=πcosx+∫[π→x]g(t)dt (II)g(x)=cosx+(2/π)∫[0→x]f'(t)dt []内は積分範囲 この問題の解答が、次のようになっております。 ??に挟まれた部分が私の疑問です。 (I)の両辺をxで微分して、 f'(x)=πcosx+g(x) ?何故πcosxなのか。πsinxではないのか? 上式を(II)ヘ代入して、 g(x)=cosx+(2/π)∫[0→π]{πcost+g(t)}dt ?積分範囲は何故[0→π]に変わったのか。[0→x]ではないのか? ⇔g(x)=cosx+(2/π)∫[0→π]g(t)dt (A) 上式の積分項は定数。 以下省略 (A)の積分項が0と分かり、 従って g(x)=cosx f(x)=πcosx+sinx となっております。解答に記載されている式変形が理解できません。 分かる方、お教え頂けないでしょうか。

  • ラプラス変換の問題なんですが…

    すみません!!明日までにこの問題を解かないといけないんですが、全く分からないのでどなたか回答よろしくお願いします! f(t)が周期aの周期関数の時、L[f(t)]=∫e^-st×f(t)dt/1-e^-sa を示せ。 積分区間は0~aで不定積分ではありません! よろしくお願いします!

  • 微積の問題です

    f(s)をs>0で定義された正の実数に値をとる連続関数、g(s)をf(s)の原始関数とする。 (1)εを1以下の正数とする。Dε={(x,y,z)|ε^2≦x^2+y^2+z^2≦1}上の3重積分 ∫∫∫Dε f((x^2+y^2+z^2)^3/2)dxdydz を求めよ。 (2)D={(x,y,z)|0<x^2+y^2+z^2≦1}上の広義積分 ∫∫∫D f((x^2+y^2+z^2)^3/2)dxdydz が収束するための条件、および収束する時の積分の値を求めよ。 という問題がわかりません 解説よろしくお願いします!

  • 逆ラプラス変換について

    L^(-1)[log((s+a)/(s+b))](x) という問題をとくのに授業でもらったプリントに F(s)=log((s+a)/(s+b))=log(s+a)-log(s+b) とおく s→∞でlimF(s)=0 でありF'(s)=1/(s+a)-1/(s+b) であるのでF(s)=-∫F'(t)dt (s~∞)=∫{1/(t+a)-1/(t+b)}dt (s~∞) である.ここでG(s)=1/(s+a)-1/(s+b) と置くと F(S)=∫G(t)dt(s~∞) でありg(x)=L^(-1)G(x)=e^(-bx)-e^(-ax) よってL^(-1)F(x)=L^(-1)[∫G(t)dt](x) (s~∞) =g(x)/x==e^(-bx)-e^(-ax)/xと書いてありましたが 途中のF(s)=-∫F'(t)dt (s~∞)がこうなるのがよくわかりません.公式ですか? ただL^(-1)(s/(s^2+4)^2)(x) を上記の通りに解いたら2(e^(x)-cosx)/xとなりました.これは合っているのでしょうか?

  • 大学院入試過去問題(ラプラス変換・微分方程式)

    下記の問題の解法がわかりません。 関数f(x)のラプラス変換F(s)を次のように定義する。 F(s)=∫f(t)*exp(-st)dt   積分区間は0から∞ 以下の問いに答えよ。 (1)関数g(t)が次のように与えられるものとする。 g(t)=(2/π)*∫cos(t*tanz)dz   積分区間は0から(π/2) g(t)のラプラス変換G(s)を求めよ。 (2)関数f(x)が次の方程式 f''+2*f'+3f=g(t)    (f'',f'はtによる微分です) および初期条件 f(0)=1,f'(0)=-2 を満足するものとする。ラプラス変換F(s)を求め、その逆変換f(t)を求めよ。 (1)からさっぱり分かりません。 どなたかよろしくお願いします。

  • 微積の問題です。

    友達と答えがあいません。 x=cos^3tとy=sin^3tの連立です。 (0〈=t<=π/2) 1.l=∫√((dx/dt)^2+(dy/dt)^2)dt 2.S=∫|y|dx=∫|y|(dx/dt)dt なんですが、友達と答えが合いません、 どなたか お答え願えませんか? 複数人の回答があると助かります。

  • ラプラス変換、どうしてそのように定義するの?

    f(t)のラプラス変換 L( f ) を考えます。 L(f)=∫[0,∞]f(t)e^(-st)dt と定義されますが、なんの理由、なんの目的があってそのような定義がされるのでしょうか? 微分方程式を解くために、そうすればうまくいく、のは知っていますが、なにか背景とか根拠を教えていただきたいです。