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応用分野: ラプラス変換基本公式表

積分則

  • L { 0 t f ( u ) d u } = F ( s ) s   ・・・・・・(1)
  • L { 1 t f ( t ) } = s F ( σ ) d σ   ・・・・・・(2)

一般に

  • L { 0 t 0 t 0 t 0 t f ( u ) ( d u ) n } = F ( s ) s n   ・・・・・・(3)
  • L { 1 t n f ( t ) } = s s s s F ( σ ) ( d σ ) n   ・・・・・・(4)

■証明

●(1)について

L { 0 t f ( u ) d u } = 0 e s t { 0 t f ( u ) d u } d t

= 0 ( 1 s e s t ) ' { 0 t f ( u ) d u } d t

= [ 1 s e s t 0 t f ( u ) d u ] 0 0 ( 1 s e s t ) d d t { 0 t f ( u ) d u } d t

= [ 1 s e s t 0 t f ( u ) d u ] 0 + 1 s 0 e s t f ( t ) d t

= 1 s 0 e s t f ( t ) d t

= F ( s ) s

●(2)について

s F ( σ ) d σ = s 0 e σ t f ( t ) d t d σ

= 0 { s e σ t f ( t ) d σ } d t

= 0 f ( t ) s e σ t d σ d t

= 0 f ( t ) [ 1 t e σ t ] s d t

= 0 f ( t ) { 0 ( 1 t e s t ) } d t

= 0 e s t { f ( t ) t } d t

= L { 1 t f ( t ) }

●(3)について

g n t = 0 t 0 t 0 t 0 t f u d u n   ・・・・・・(5)

G n s = L g n t   ・・・・・・(6)

とおく.

G 1 s = L g 1 t = 0 t f u d u = F s s   (∵(1)より)  ・・・・・・(7)

となる.

G n s を以下のように式変形をする.

G n s = L g n t

= L 0 t 0 t 0 t 0 t f u d u n

= L 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t f u d u n 1 d u

= L 0 t g n 1 u d u

= G n 1 s s   ・・・・・・(8)

となる.すなわち

G n s = G n 1 s s   ・・・・・・(9)

となる漸化式が得られる.この漸化式より

G n s = G n 1 s s = G n 2 s s 2 = = G 1 s s n 1   ・・・・・・(10)

の関係式が得られる.

(10),(7)より

G n s = 1 s n 1 F s s = F s s n   ・・・・・・(11)

(6)に(5)を代入してからその結果を(11)に代入すると

L 0 t 0 t 0 t 0 t f u d u n = F s s n

となり,(3)が得られる.

●(4)について

h n t = 1 t n f t   ・・・・・・(12)

L 1 t n f t =L h n t = H n s   ・・・・・・(13)

とおく.

H 1 s =L h 1 t =L 1 t f t = s F σ dσ   (∵(2))  ・・・・・・(14)

となる.

H n s =L h n t =L 1 t h n1 t = s H n1 σ dσ

となる.すなわち

H n s = s H n1 σ dσ   ・・・・・・(15)

となる漸化式が得られる.この漸化式より

H n s = s H n1 σ dσ

= s s H n2 σ dσ 2

= s s s s H 1 σ dσ n1   ・・・・・・(17)

(17),(14)より

H n s = s s s s F σ dσ n   ・・・・・・(18)

が得られる.

(13)と(18)より

L { 1 t n f ( t ) } = s s s s F ( σ ) ( d σ ) n

となり,(4)の関係が導かれた.

 

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学生スタッフ作成

 最終更新日: 2026年7月27日

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