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ラプラス変換

Laplace transformation

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授業の概要

 英国の電気技師Heavisideは,回路を流れる電流の微分方程式の初期値問題を代数計算のみで解く「ヘビサイド演算子」を考案した.この方法の原理はラプラス変換によって説明される.以後,ラプラス変換の応用可能分野は,電気,機械,過渡現象論,自動制御,情報理論,熱,音響等々工学の極めて広範囲に亘っている.講義では,ラプラス変換の基本法則・定理・公式等の無味乾燥な羅列に終始するのではなく、将来の応用への広い展望を持つために,基礎と応用の調和ある解説に心がける.時には,厳密な条件や証明よりも,先ずその意味や使い方に習熟することも大切である.逆ラプラス変換の一意性を証明するには留数定理を用いるため,ラプラス変換を複素関数に拡張する.過渡現象論等において微分方程式の解の特性を調べるとき,ラプラス変換を複素関数と解釈すると見通しが良くなる場合が多々ある.また,デルタ関数を通じて超関数理論の一端に触れる.信号解析ではラプラス変換を離散化したz変換が重要で,線形差分方程式を代数的に解くのに用いられる.電気系,機械系というように応用の対象によって分類せず,常(偏)微分方程式,積分方程式,差分方程式というように応用の手法によって分類して講義する.

達成目標

1.ラプラス変換の基本法則の理解
2.簡単な関数の像関数の求め方の理解
3.ラプラス変換対応表による逆ラプラス変換の求め方の理解
4.常(偏)微分方程式のラプラス変換による解法の理解
5.積分(差分)方程式のラプラス変換による解法の理解

授業計画


【授業計画】【授業時間外課題(予習および復習を含む)】
1.ラプラス変換の定義
     ・無限積分 ・ガンマ関数
シラバスを確認する
2.複素関数としてのラプラス変換
     ・収束座標 ・存在定理
前回の講義の復習
3.ラプラス変換の基本法則(1)
     ・線形法則 ・相似法則 ・移動定理
前回の講義の復習
4.ラプラス変換の基本法則(2)
     ・微分法則 ・積分法則
前回の講義の復習
5.ラプラス変換の基本法則(3)
     ・合成法則 ・周期関数のラプラス変換
前回の講義の復習
6.Diracのデルタ関数
     ・デルタ関数と物理的解釈 ・Heaviside関数 ・インパルス応答
前回の講義の復習
7.演習1(1〜6の演習) 前回の講義の復習
8.逆ラプラス変換
     ・Bromwich積 ・Heaviside展開定 ・留数定理
前回の講義の復習
9.演習2(8の演習)・中間試験 1〜8の復習
10.常微分方程式の解法(1)
     ・初期値問題 ・境界値問題
1〜8の要点確認
11.常微分方程式の解法(2)
     ・連立常微分方程式
前回の講義の復習
12.積分方程式の解法
     ・第1種Volterra型積分方程式 ・第2種Volterra型積分方程式
前回の講義の復習
13.偏分方程式の解法
     ・熱伝導方程式 ・波動方程式
前回の講義の復習
14.差分方程式の解法
     ・z変換
前回の講義の復習
15.演習3(総復習) 前回の講義の復習

評価方法と基準

中間試験や演習・レポート・小テストなどを40%,期末試験を60%とし,総合得点60点以上を合格とする.

教科書・参考書

各担当教員が最初の講義で紹介する.

履修登録前の準備

「微分積分1」あるいは「微分積分および演習1」と,「微分積分2」あるいは「微分積分および演習2」と,「線形代数1」と,「線形代数2」を履修していること.

学習・教育到達目標との対応(機械工学科)

1.(D-1)基本的な物理現象を自然科学の原理から数学的に導くことができ,機械の設計や性能評価に必要な技術計算ならびに統計処理を正確に行うことができる.

学習・教育到達目標との対応(機械機能工学科)

1.(E)機械工学における基盤分野の理解に必要な基礎的な数学の知識と応用能力,実験・分析の遂行に必要な確率・統計,情報処理の基礎的な知識や自然現象を数学的にモデル化し,シミュレーションする基礎的な知識と応用能力を習得する  (1) 基礎的な数学の知識  (2) 実験データの分析能力  (3) 情報リテラシの習得  (4) 自然現象をモデル化し,シミュレーションする能力

学習・教育到達目標との対応(応用化学科)

1.(A)確かな基礎と化学の専門知識に基づいて問題を解決する。

学習・教育到達目標との対応(電気工学科)

1.C1:自然科学全般の基礎的な考え方を理解し、技術の基盤となる自然科学の原理を説明できる。

学習・教育到達目標との対応(電子工学科)

1.(C)自然科学、数学、情報技術の知識を習得し、現象を論理的に考えて理解する能力を身につける。

学習・教育到達目標との対応(土木工学科)

1.C:数学および自然科学などに関する工学基礎知識を習得し、土木工学分野において応用・利活用できる能力を身につける

オフィスアワー、質問・相談の方法

各担当教員が最初の講義で発表する.

環境との関連

環境に関連しない科目

地域志向

地域志向ではない科目

最終更新 : Thu Jun 09 07:50:09 JST 2016