ラプラス変換を用いて微分方程式 - ステップ関数
下記の問題で、なぜ、いきなりステップ関数 u(t) が出てきたのか理由を教えて下さい。
ラプラス変換を用いて次の微分方程式の解を求めよ。
dy/dt + 3y = f(t)
模範解答
※ステップ関数をu(t)と記す。
与えられた微分方程式をラプラス変換すると
sY(s) - y(0) + 3Y(s) = F(s)
整理すると
Y(s) = { F(s) + y(0) } / ( s + 3 )
ラプラス逆変換して
y(t) = f(t) * { e^(-3t) * u(t) } + y(0) * e^(-3t) * u(t)
= ∫[0,t] f(τ) * e^{ -3(t-τ) } dτ + y(0) * e^(-3t) * u(t)
・・・と本に書いてあります。(私の回答は u(t) を除けば正解でした。)
ただ、ステップ関数はこのラプラス変換の章に入ってすぐにちょっと説明しただけで、
ここ最近の例題の答えにはまったくステップ関数が出てきていませんでした。
例えば、
ラプラス変換を用いて次の微分方程式の解 y(t) を求めよ。
(d^2 y)/(dt^2) - 3 dy/dt + 2y = f(t)
という、一つ前の例題の場合、答えは
y = ∫[0,t] f(τ) * [ e^{ 2(t-τ) } - e^(t-τ) ] dτ
+ { y'(0) - y(0) } * e^(2t)
+ { 2y(0) - y'(0) } * e^(t)
でした。似たような問題ですが、こちらにはステップ関数 u(t) がありません。
#今回のメインの問題の答えの左辺はy(0) = …、
#この問題の答えの左辺はy = …ですね。
#(しかも、問題分には「y(t) を求めよ」と書いてあるのに、です)。
#これは誤植でしょうか?
・・・ということで、いつ、どういう場合にステップ関数 u(t) が必要になるのでしょうか?
どうか説明をお願いします。
お礼
ヒルベルト空間の方もわかっていません。ヒルベルト空間の方を先に理解すればよいのですね。その情報だけでも有益です。ありがとうございます。 、