積分則

一般に

■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

部分積分法を用いる.

= ∫ 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 n−1 t = ∫ s ∞ H n−1 σ dσ

となる.すなわち

H n s = ∫ s ∞ H n−1 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 n−1 σ dσ

= ∫ s ∞ ∫ s ∞ H n−2 σ dσ 2

⋯

= ∫ s ∞ ∫ s ∞ ∫ s ∞ ⋯ ∫ s ∞ H 1 σ dσ n−1   ・・・・・・(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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 最終更新日: 2026年9月28日