三角関数のラプラス変換

L { sinωt }= ω s 2 + ω 2

L { cosωt }= s s 2 + ω 2

ただし, Res>0 とする.

■証明:正弦関数

ラプラス変換の定義より

L { sinωt }= ∫ 0 ∞ e −st sinωtdt

= ∫ 0 ∞ ( − 1 s e − s t ) ' sin ω t d t

部分積分法を用いて

= [ − 1 s e − s t sin ω t ] 0 ∞ − ∫ 0 ∞ − 1 s e −st sinωt ' dt

= 1 s ∫ 0 ∞ e − s t ( ω cos ω t ) d t

= 1 s ∫ 0 ∞ ( − 1 s e − s t ) ' ω cos ω t d t

もう一度,部分積分法を用いて

= 1 s { [ − 1 s e − s t ω cos ω t ] 0 ∞ − ∫ 0 ∞ − 1 s e −st ωcosωt ′ dt

= 1 s { [ − 1 s e − s t ω cos ω t ] 0 ∞ − ∫ 0 ∞ 1 s e − s t ω 2 sin ω t d t }

= 1 s ( ω s − ω 2 s ∫ 0 ∞ e − s t sin ω t d t )

ここで

L { sinωt }= ∫ 0 ∞ e −st sinωtdt

であることより

L{ sinωt }   = 1 s ( ω s − ω 2 s   L { sinωt } )

L { sinωt }   = ω s 2 − ω 2 s 2   L { sinωt }

この方程式を L { sinωt }   について解くと

L { sinωt }( 1+ ω 2 s 2 ) = ω s 2

L { sinωt }= ω s 2 (1+ ω 2 s 2 )

= ω s 2 + ω 2

 

■証明:余弦関数

ラプラス変換の定義より

L { cosωt } = ∫ 0 ∞ e −st cosωtdt

= ∫ 0 ∞ ( − 1 s e −st ) ' cosωtdt

部分積分法を用いて

= [ − 1 s e −st cosωt ] 0 ∞ − ∫ 0 ∞ ( − 1 s e −st ) ( cosωt ) ' dt

= [ − 1 s e −st cosωt ] 0 ∞ − ∫ 0 ∞ ( − 1 s e −st ) ( −ωsinωt )dt

= 1 s − ω s ∫ 0 ∞ e −st sinωtdt

= 1 s − ω s ∫ 0 ∞ ( − 1 s e −st ) ' sinωtdt

もう一度,部分積分法を用いて

= 1 s − ω s { [ − 1 s e −st sinωt ] 0 ∞ − ∫ 0 ∞ ( − 1 s e −st ) ( sinωt ) ′ dt }

= 1 s − ω s { [ − 1 s e −st sinωt ] 0 ∞ + ∫ 0 ∞ 1 s e −st ωcosωtdt }

= 1 s − ω 2 s 2 ∫ 0 ∞ e −st cosωtdt

ここで

L { cosωt }= ∫ 0 ∞ e −st cosωtdt

であることより

L { cosωt } = 1 s − ω 2 s 2   L { cosωt }

この方程式を L { cosωt }   について解くと

L { cosωt }( 1+ ω 2 s 2 ) = 1 s

L { cosωt }   = 1 s( 1+ ω 2 s 2 )

= s s 2 + ω 2

 

ホーム>>カテゴリー分類>>微分>>ラプラス変換>>三角関数のラプラス変換

学生スタッフ作成

 最終更新日: 2026年9月25日