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このような計算の[dx/dt]=λxから[dx/x]=λdtと変形するところで、「こんなことしていいの?」と疑問 に感じる人がいるようだ。「[dx/dt]はこれで一つの記号であって、dxをdt で割ったものではない!」と教わるから、こうしてはいけないと思ってしまうようである。結論を言うと、これはやっても問題ない。 今
考えている問題では、xとtは独立な変数ではなく、tを決めればxが決まる。グラフで書けば、t−xグラフの任意の点が存在するわけではなく、ある線の上
だけが現実に存在するところ。[dx/dt]とはその線の上でxを変化させた量dxとtを変化させた量dtの比である。ただし、dxもdtも0になるよう
な極限で定義されているので、そういう意味では「記号であって単なる割り算ではない」ということになる。だが、この線の上の話をしている限り、
「[dx/dt]=aなら、dx=a
dt」と考えることには何の問題もない。ただ、あくまでも「dxやdtというのは微小量(=後で0になるような極限を取る量)」であることは忘れてはいけ
ない。こういう計算においては(dx)2やら(dt)2が0にされる(微小な量の自乗は0とみなす)ことも
忘れずに。 |
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余談
この「[dx/dt]をかけてからtで積分する」という処方を、位置エネルギーUで表現される保存力−[dU/dx]の元で運動する物体の運動方程式
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n階微分方程式の解のパラメータ
n階微分方程式の解はかならず、ちょうどn個の「方程式からは決まらないパラメータ」を含むことになる。 |
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線型微分方程式の解の個数
n階の線型微分方程式を解いたのなら、n個の互いに独立な階を見つければ十分である。 |
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1+i=√2ei[π/4]に思い至るためには、右の図のような図を描くとよい。このように実数
部分を横軸、虚数部分を縦軸に取った平面を「複素平面」と呼ぶ。複素平面上で、右向きの長さ1のベクトルは「実数1」を表し、上向き長さ1のベクトルは
「虚数単位i」を表す。二つを足した物は、数としては1+i、複素平面上では右上斜め45°向きの長さ√2のベクトルである。
つまりは「いったん複素数化→複素数で足し算→実数部分を取り出す」という一見遠回りに見える計算の方が、実数のみの計算よりも楽にできることがあるの
である(特に波動や振動を考えるときには!)。
複素数を使うメリットは、2つの振動の合成を行う時、上のような図形的な足し算ができるということにある。もう少しややこしい場合の例を見よう。
より一般的な場合を考えて、その時の複素数表示の威力を確認しておこう。
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ばね定数k、自然長lのばねを2本、質量mの物体に取り付け、図のように配置した。
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