九州大学 システム情報科学府 情報理工学専攻・電気電子工学専攻 2018年8月実施 解析学・微積分
Author
Yu, Miyake
Description
微分方程式
2 つの関数 x(t),y(t) について, 次の連立微分方程式を解け。
⎩⎨⎧dtdx=x−5ydtdy=x−3yx(0)=3,y(0)=1
複素関数論
解析関数 f(z)=u+iv を考える。ただし, z=x+iy は複素数, x と y は実数, u と v は実数値関数, i=−1 である。 x と y が極形式 x=rcosθ と y=rsinθ で表されるとき, 極形式のコーシー ⋅ リーマンの方程式は以下の式で書けることを示せ。
∂r∂u=r1∂θ∂v,∂r∂v=−r1∂θ∂u
Kai
微分方程式
dtdx=x−5y⇒y=51(x−dtdx)
dtdy=x−3y に代入して,
dt2d2x+2dtdx+2x=0
λ2+2λ+2=0⇒λ=−1±i
x=e−t(c1cost+c2sint)
dtdx=−e−t[(c1−c2)cost+(c1+c2)sint]
y=51e−t[(2c1−c2)cost+(c1+2c2)sint]
⎩⎨⎧x(0)=c1=3y(0)=51(2c1−c2)=1⇒{c1=3c2=1
{xy=e−t(3cost+sint)=e−t(cost+sint)
複素関数論
x=rcosθ,y=rsinθ より、
∂r∂x=cosθ, ∂θ∂x=−rsinθ, ∂r∂y=sinθ, ∂θ∂y=rcosθ
なので、
∂r∂u∂θ∂u∂r∂v∂θ∂v=∂r∂x∂x∂u+∂r∂y∂y∂u=cosθ∂x∂u+sinθ∂y∂u,=∂θ∂x∂x∂u+∂θ∂y∂y∂u=−rsinθ∂x∂u+rcosθ∂y∂u,=∂r∂x∂x∂u+∂r∂y∂y∂u=cosθ∂x∂v+sinθ∂y∂v,=∂θ∂x∂x∂u+∂θ∂y∂y∂u=−rsinθ∂x∂v+rcosθ∂y∂v
である。
さらに、コーシー・リーマンの方程式
∂x∂u=∂y∂v, ∂y∂u=−∂x∂v
を使うと、
∂r∂u∂r∂v=cosθ∂x∂u+sinθ∂y∂u=cosθ∂y∂v−sinθ∂x∂v=r1∂θ∂v,=cosθ∂x∂v+sinθ∂y∂v=−cosθ∂y∂u+sinθ∂x∂u=−r1∂θ∂u
を得る。