このピンクのところの2行目から3行目になる理屈がわかりません。教えて頂きたいです。
ベストアンサー
階線形微分方程式を解けるようになっておきましょう。もし大学 年生であれば、来年以降に学習するのかもしれません。
その場合は、「単振動する質点の位置は三角関数で記述できる」で理解しておくとよいと思います。これは高校物理でも出てきますね。
以下、微分方程式を解きます。
一般に、 が の関数であるとして、定数 に対して となる関数 を求める微分方程式を考えます。これを変形すると、
の形になります。ここで、 は微分演算子と呼ばれるもので、 であり、左側から作用して右側にある関数を で微分するというものです。今回は 回微分しているので となります。
ここで、 の左側に作用している の多項式を とおくと、 階微分方程式では は の 次式となります。
このとき、方程式 が を解にもてば、 は、この微分方程式の解の つとなります。 は任意定数といい、 によらない定数です(不定積分で積分定数が出てくるのと同じことです)。 階微分方程式では、任意定数は つ出てきます。
方程式 は、
異なる つの実数解をもつ場合
重解(=ただ つの実数解)をもつ場合
互いに共役な つの虚数解をもつ場合
の つがありますが、今回は のみを考えましょう。
の場合では、実数 に対して虚数解を とすると、微分方程式の一般解は と表されます。
(三角関数が出てくる理由は詳しく述べませんが、 から出てきます。)
なので、解は です。このとき、 なので、この微分方程式の解は
となります。合成しても同じなので、
となります。
長くなりましたが導出は以上となります。
を に、 を に置き換えると上の式が、
を に、 を に置き換えると下の式が出てきます。
ご回答ありがとうございました!理学部ではないので、大学数学をほとんど知らない状態で力学を勉強しておりまして💦
特に冒頭の部分がなるほどと思いました!
導出は今の私ではわかりませんでしたが、まずは公式のように覚えても良いでしょうか?
質問者からのお礼コメント
ありがとうございます!