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行列計算、近似
ω(1)=(1-ε)ω(0)、ω(2)=(1-ε)ω(0)として「F=〜」の2行目を計算したとき、3行目の式でa,b,c,dと置かれた部分は何なのか、それがどのようにして写真のように近似されたのか分かりません。
積和を使ってなんとかa、b,c,dの前の項を作り出すことはできたのですがやはりa,b、c、dがどう近似されたのか分かりません。ちなみにこの本は『基幹講座 物理学 力学』です。どなたか分からないところを教えてください
回答
【教科書の誤植】※この教科書のサポートページを検索してください。
b∼-c∼ε^2ω0T → b∼-c∼-ε^2ω0T
【あなたの疑問を解決するポイント】
εは十分に小さい数であることから、以下のように変形できる。
①1/1-ε = 1+ε+ε^2+ε^3+… ※無限等比級数の和の公式
②1/1+ε=1-ε+ε^2-ε^3+… ※マクローリン展開
③ε/1-ε = ε+ε^2+ε^3+ε^4+… ※①より
④ε/1+ε=ε-ε^2+ε^3-ε^4+… ※②より
⑤1/1-ε^2 = 1+ε^2+ε^4+ε^6+… ※①より
この展開式の最初の項を残し、近似をすることが要求されている。
【あなたの疑問に対する答え】
行列計算をして、三角関数の積と和の公式を使うことで、行列の各成分は以下のようになる。
(第1成分)=cosω0T-ε/1-ε (cosεω0T-cosω0T).
(第2成分)=(sinω0T-εsinεω0T)/ω0(1-ε^2).
(第3成分)=-ω0(sinω0T+εsinεω0T).
(第4成分)=cosω0T+ε/1+ε (cosεω0T-cosω0T).
上記のポイントの展開式で、第1項のみで近似をし、問題文で与えられた近似を入れると、
(第1成分)∼cosω0T-ε (1-cosω0T). ∴a∼-ε (1-cosω0T).
(第2成分)=(sinω0T-εsinεω0T)/ω0×1/(1-ε^2)∼(sinω0T-ε^2ω0T)/ω0×1.
∴b∼-ε^2ω0T.
(第3成分)∼-ω0(sinω0T+ε^2ω0T). ∴c∼ε^2ω0T.
(第4成分)∼cosω0T+ε(1-cosω0T). ∴d∼ε (1-cosω0T).
ほんとにありがとうございました🙇♀️おかげでまだ挫折せずに進めそうです!
丁寧な解説のおかげで理解できました