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)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。

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