38AM63|第38回 臨床工学技士国家試験 過去問
情報通信・制御工学制御工学ブロック線図・伝達関数・フィードバック
e^(-at) をラプラス変換したものはどれか。 ただし、s はラプラス変数である。
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正解: 5
正答
5
この問題のポイント
この問題では、ラプラス変換の基本公式が問われています。
よく使う公式は次のとおりです。
- L{1} = 1/s
- L{e^(-at)} = 1/(s + a)
- L{e^(at)} = 1/(s - a)
指数関数の符号に注意します。
解説
ラプラス変換は、時間関数 f(t) を s の関数 F(s) に変換する方法です。
定義は次のように表されます。
- F(s) = ∫0∞ f(t)e^(-st) dt
ここで、f(t) = e^(-at) を代入します。
- F(s) = ∫0∞ e^(-at)e^(-st) dt
指数の部分をまとめます。
- e^(-at)e^(-st) = e^(-(s + a)t)
したがって、
- F(s) = ∫0∞ e^(-(s + a)t) dt
この積分を行うと、
- F(s) = 1/(s + a)
となります。
よって、e^(-at) のラプラス変換は**1/(s + a)**です。
ひっかけポイント
e^(-at) のマイナス符号に引っ張られて、分母を s - a としないように注意します。
ラプラス変換では e^(-st) が掛かるため、指数は -(s + a)t になります。
国家試験ではここを押さえる
ラプラス変換では、指数関数の符号を公式として覚えるのが効率的です。
e^(-at) は 1/(s + a)、**e^(at) は 1/(s - a)**です。
選択肢の確認
1.誤り。
s + a は、分母にくる形ではありません。e^(-at) のラプラス変換は 1/(s + a) です。
2.誤り。
as ではありません。指数関数のラプラス変換は、s と a の積ではなく、1/(s + a) の形になります。
3.誤り。
s/a ではありません。ラプラス変換の基本公式に合いません。
4.誤り。
a/(s + 1) は、e^(-t) に係数 a が付いた場合などと混同しやすい形です。e^(-at) の変換では、a は分母の s に加わり、1/(s + a) となります。
5.正しい。
e^(-at) のラプラス変換は、基本公式より 1/(s + a) です。
覚えるポイント
- ラプラス変換の定義は、F(s) = ∫0∞ f(t)e^(-st) dtです。
- e^(-at) に e^(-st) が掛かると、指数は -(s + a)t になります。
- **L{e^(-at)} = 1/(s + a)**です。
- **L{e^(at)} = 1/(s - a)**です。
- 指数関数のラプラス変換では、符号を最優先で確認します。