16章:1次・2次関数のラプラス変換

    作成2011.01.26(2011.01.28修正)
  1. 1次関数のラプラス変換
     t > 0 において
     f(t)=t の時



  2. 1次関数のラプラス逆変換
     コーシーの係数公式(13.2)式を変形します。


     ゆえに



  3. 2次関数のラプラス変換
     t > 0 において
     f(t)=t^2 の時


  4. 2次関数のラプラス逆変換
     逆変換は同様に(16.2)式を使用します。

     となり、ラプラス逆変換を行うと完全に元の関数形に戻ります。
    一見、トリックを使っているようにも思われます。


  5. 数値計算による検証
     数値計算を用いれば、コーシーの係数公式を用いることなく、ラプラス逆変換の定義式のまま計算できます。

     (16.5)式の数値計算を実行します。
     閉曲線の積分路は、図16-1に示す通りとします。

     時間tは0〜5までを10分割して計算するとします。



  6. 複素関数グラフのワークブック「複素関数16.xls」のダウンロード
     下記のワークブック「複素関数16.xls」(ラプラス逆変換プログラム)をダウンロードしてください。

     ダウンロード後はダブルクリックで解凍してから使用してください。
     
    ワークブック「複素関数16.xls」をダウンロードする。


  7. ワークブック「複素関数16.xls」説明
    1. ワークブック「複素関数16.xls」は複素関数機能を使用しています。
    2. 複素関数機能を使うには、メニューの「ツール(T)」_「アドイン(I)」を選択し、アドインリストの「分析ツール」にチェックマークを設定する必要があります。
    3. 「複素関数16.xls」をダブルクリックで起動します。
         (マクロを有効にして開いてください!!)
    4. シート「操作」はパラメータの設定と操作を行います。
    5. シート「OUT_FM」は数値積分の計算結果です。
    6. シート「Graph1」は計算結果のグラフです。


  8. シート「操作」
    1. 定数      A:Y=A*exp(Xt)/X^3の定数(=2)を設定します。
    2. Xt     Xt:=IMPRODUCT(C9,C13)を設定します。
    3. X^3  (X^3):=IMPOWER(C9,3)を設定します。
    4. exp(Xt)     :=IMEXP(C14)を設定します。

    5. 初期時間  ts:初期時間を設定します。
    6. 終了時間  te:終了時間を設定します。
    7. 時間分割数  Nt:時間分割数を設定します。

    8. 積分路数  Nr:積分路数を設定します。
    9. Xr(0)      :積分路スタート点の実数を設定します。
    10. Xi(0)      :積分路スタート点の虚数を設定します。
    11. Xr(1)      :積分路1本目の終点の実数を設定します。
    12. Xi(1)      :積分路1本目の終点の実数を設定します。
    13. N(1)      :積分路1本目の分割数を設定します。
    14. Xr(2)      :積分路2本目の終点の実数を設定します。
    15. Xi(2)      :積分路2本目の終点の実数を設定します。
    16. N(2)      :積分路2本目の分割数を設定します。
    17. Xr(3)      :積分路3本目の終点の実数を設定します。
    18. Xi(3)      :積分路3本目の終点の実数を設定します。
    19. N(3)      :積分路3本目の分割数を設定します。
    20. Xr(4)      :積分路4本目の終点の実数を設定します。
    21. Xi(4)      :積分路4本目の終点の実数を設定します。
    22. N(4)      :積分路4本目の分割数を設定します。
      注(1)積分路は斜め線の設定も可能です。
      注(2)積分路数の最大は50本です。

    23. 「計算実行」ボタンを押すと計算を実行します。

  9. ラプラス逆変換(16.5)式の数値計算結果
     ラプラス逆変換を行った結果の実数部を図16-2に示します。


      ラプラス逆変換を行った結果の虚数部を図16-2に示します。


     ラプラス逆変換の数値計算の結果と代数解は完全に一致します。




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