数学

ラプラス変換

ラプラス変換とは

時間に関する関数をラプラス変換としてこの関数を、

 

ラプラス変換

 

と置いたとします。

 

ある関数ラプラス変換に対してラプラス変換をかけてそれをラプラス変換からプラスの無限大ラプラス変換の範囲において積分し、その積分によってラプラス変換とは違う関数に変換することをラプラス変換するといいます。

 

フーリエ変換コンテンツでも言ったように時間Tの世界ので表現されていた関数を複素数のsの世界の関数に置き換えることにより、通常では簡単には解けないような複雑な微分方程式をこのラプラス変換を行うことによって見通し(計算を簡素化)をよくするといった利点があります。

 

実際の計算

ラプラス変換

 

ここで上記式中の乗数部分を次のようにおいて置換積分していきます。

 

ラプラス変換

と置換してこれをラプラス変換で微分すると、

 

ラプラス変換

 

ラプラス変換

 

ラプラス変換

 

ラプラス変換

といった変数ラプラス変換の関数に変換されます。

 

このような変換を何のために行うのか言うとある微分方程式が代数的な計算によって解を導くことが可能になるといった利点があります。

 

ラプラス変換

 

 

 

時間関数が定数の場合のラプラス変換

ラプラス変換の場合のラプラス変換

 

 

ラプラス変換

 

 

より、

 

 

ラプラス変換

 

 

これより時間関数が定数の場合の結果は次のような式に変換されます。

 

 

ラプラス変換

時間tに依存する三角関数のラプラス変換の計算

ラプラス変換,三角関数

 

上記ラプラス変換式に関して部分積分を施していく。

 

ラプラス変換,三角関数

 

これによりひとまず次のような式(積分式)が導かれる。

 

 

ラプラス変換,三角関数

 

 

これをさらに積分していくが、ここで右辺を計算しやすいように次のように置く。

続きを読む≫ 2021/07/06 06:08:06
定数以外の変数におけるラプラス変換の式変形をやっていきます。

ラプラス変換,時間,関数のラプラス変換

ラプラス変換,時間,関数

ラプラス変換,時間,関数

ラプラス変換,時間,関数

部分積分によって求められた上の積分式をさらに積分します。

ラプラス変換,時間,関数

これにより時間Tに関するラプラス変換は次のように求まります。

ラプラス変換,時間,関数

続きを読む≫ 2021/06/22 06:30:22

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