ラプラス変換表の一覧です。資料作成などに少しでも役立てれば幸いです。
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目次
$$ \mathfrak{L}\left\{ {f\left( t \right)} \right\} = F\left( s \right) = \int_0^\infty {f\left( t \right){e^{ – st}}dt} $$
$$ {\mathfrak{L}^{ – 1}}\left\{ {F\left( s \right)} \right\} = f\left( t \right) = \frac{1}{{2\pi i}}\int_{\sigma – i\infty }^{\sigma + i\infty } {F\left( s \right){e^{st}}ds} $$
ただし、\(s = \sigma + i\omega = \omega + 2i\pi f\) とする。
線形性 | \(\mathfrak{L}\left[ {a{f_1}\left( t \right) + b{f_2}\left( t \right)} \right] = a{F_1}\left( s \right) + b{F_2}\left( s \right)\) |
---|---|
推移則 (時間空間) | \({\mathfrak{L}}\left[ {f\left( {t – \tau } \right)} \right] = F\left( s \right){e^{ – s\tau }}\) |
推移則 (周波数空間) | \({\mathfrak{L}}\left[ {f\left( t \right){e^{at}}} \right] = F\left( {s – a} \right)\) |
相似定理(1) | \({\mathfrak{L}}\left[ {\frac{1}{a}f\left( {\frac{t}{a}} \right)} \right] = F\left( {as} \right)\) |
相似定理(2) | \({\mathfrak{L}}\left[ {f\left( {at} \right)} \right] = \frac{1}{a}F\left( {\frac{s}{a}} \right)\) |
たたみこみ (合成積則)(1) | \({f_1}\left( t \right) * {f_2}\left( t \right) = \int_0^t {{f_1}\left( \tau\right){f_2}\left( {t – \tau } \right)d\tau }= \int_0^t {{f_2}\left( \tau\right){f_1}\left( {t – \tau } \right)d\tau } \) |
たたみこみ (合成積則)(2) | \({\mathfrak{L}}\left[ {{f_1}\left( t \right) * {f_2}\left( t \right)} \right] = {F_1}\left( s \right){F_2}\left( s \right)\) |
微分則 (時間空間)(1) | \({\mathfrak{L}}\left[ {\frac{d}{{dt}}f\left( t \right)} \right] = sF\left( s \right) – f\left( 0 \right)\) |
微分則 (時間空間)(2) | \({\mathfrak{L}}\left[ {\frac{{{d^2}}}{{d{t^2}}}f\left( t \right)} \right] = {s^2}F\left( s \right) – sf\left( 0 \right) – f\left( 0 \right)\) |
微分則 (時間空間)(3) | \({\mathfrak{L}}\left[ {\frac{{{d^n}}}{{d{t^n}}}f\left( t \right)} \right] = {s^n}F\left( s \right) – \sum\limits_{k = 0}^{n – 1} {{f^{\left( k \right)}}\left( 0 \right){s^{n – k – 1}}} \) |
像関数の微分則 (周波数空間) | \({\mathfrak{L}}\left[ {{{\left( { – t} \right)}^n}f\left( t \right)} \right] = \frac{{{d^n}}}{{d{s^n}}}F\left( s \right)\) |
積分則 (時間空間)(1) | \({\mathfrak{L}}\left[ {\int_0^t {f\left( t \right)dt} } \right] = \frac{1}{s}F\left( s \right)\) |
積分則 (時間空間)(2) | \({\mathfrak{L}}\left[ {\int_0^t\cdots\int_0^t {f\left( t \right)d{t^n}} } \right] = \frac{1}{{{s^n}}}F\left( s \right)\) |
積分則 (時間空間)(3) | \({\mathfrak{L}}\left[ {\frac{1}{t}f\left( t \right)} \right] = \int_s^\infty{F\left( s \right)ds} \) |
積分則 (時間空間)(4) | \({\mathfrak{L}}\left[ {\frac{1}{{{t^n}}}f\left( t \right)} \right] = \int_s^\infty \cdots\int_s^\infty{F\left( s \right){{\left( {ds} \right)}^n}} \) |
像関数の積分則 (周波数空間) | \({\mathfrak{L}}\left[ {\frac{{f\left( t \right)}}{{{t^n}}}} \right] = \int_s^\infty \cdots\int_s^\infty{F\left( s \right){{\left( {ds} \right)}^n}} \) |
原関数・t領域が分かりやすい関数群です。
s領域がわかりやすい表記は逆ラプラス変換表に記載しています。
原関数・t領域\(f\left( t \right)\) | 像関数・s領域\(F\left( s \right)\) | 備考 | 式番号 |
---|---|---|---|
\(\delta (t) = \left\{ \begin{gathered} \infty :t = 0 \\ 0:t \ne 0 \\ \end{gathered}\right.\), \(\int_{ – \infty }^\infty{\delta (t)dt = 1} \) | \(1\) | ディラックのデルタ(δ)関数 (超関数) | 1 |
\(u\left( t \right)\left\{ \begin{gathered}1 & \left( {t \gt 0} \right)\\1/2 & \left( {t = 0} \right)\\0 & \left( {t \le 0} \right)\\ \end{gathered}\right.\) | \(\frac{1}{s}\) | 単位ステップ関数・Heaviside関数 | 2 |
\(c\) | \(\frac{c}{s}\) | cは定数 | 3 |
\(t\) | \(\frac{1}{{{s}^{2}}}\) | ランプ関数 | 4 |
\(c{{t}^{n}}\) | \(c\frac{n!}{{{s}^{n+1}}}=c\frac{\Gamma \left( n+1 \right)}{{{s}^{n+1}}}\) | 5 | |
\(\sqrt{t}\) | \(\frac{\pi }{2\sqrt{{{s}^{3}}}}\) | 6 | |
\(\frac{1}{\sqrt{t}}\) | \(\sqrt{\frac{\pi}{s}}\) | 7 | |
\(c{{e}^{at}}\) | \(\frac{c}{s-a}\) | 8 | |
\(t{{e}^{at}}\) | \(\frac{1}{{{\left( s-a \right)}^{2}}}\) | 9 | |
\({{t}^{n}}{{e}^{at}}\) | \(\frac{\Gamma \left( n+1 \right)}{{{\left( s-a \right)}^{-\left( n+1 \right)}}}=\frac{n!}{{{\left( s-a \right)}^{-\left( n+1 \right)}}}\) | 10 | |
\({{e}^{at}}-1\) | \(\frac{a}{s\left( s-a \right)}\) | 11 | |
\(\log \left( t \right)\) | \(\begin{align} & \frac{\Gamma ‘\left( 1 \right)}{s}-\frac{\log \left( s \right)}{s} =-\frac{1}{s}\left( \log \left( s \right)+\gamma\right) \\ \end{align}\) | Euler定数\(\gamma =0.57721\cdots \) | 12 |
\(\frac{{{e}^{at}}}{\sqrt{t}}\) | \(\frac{\sqrt{\pi }}{\sqrt{s-a}}\) | 13 | |
\(\frac{1}{T}{{e}^{-\frac{t}{T}}}\) | \(\frac{1}{1+Ts}\) | 14 | |
\(\sin \left( at \right)\) | \(\frac{a}{{{s}^{2}}+{{a}^{2}}}\) | 正弦関数 | 15 |
\(\cos \left( at \right)\) | \(\frac{s}{{{s}^{2}}+{{a}^{2}}}\) | 余弦関数 | 16 |
\({{\sin }^{2}}\left( at \right)\) | \(\frac{2{{a}^{2}}}{s\left( {{s}^{2}}+4{{a}^{2}} \right)}\) | 17 | |
\({{\cos }^{2}}\left( at \right)\) | \(\frac{{{s}^{2}}+2{{a}^{2}}}{s\left( {{s}^{2}}+4{{a}^{2}} \right)}\) | 18 | |
\(\sin \left( at+\theta\right)\) | \(\frac{s\sin \left( \theta\right)+a\cos \left( \theta\right)}{{{s}^{2}}+{{a}^{2}}}\) | 19 | |
\(\cos \left( at+\theta\right)\) | \(\frac{s\cos \left( \theta\right)-a\sin \left( \theta\right)}{{{s}^{2}}+{{a}^{2}}}\) | 20 | |
\(t\sin \left( at \right)\) | \(\frac{2as}{{{\left( {{s}^{2}}+{{a}^{2}} \right)}^{2}}}\) | 21 | |
\(t\cos \left( at \right)\) | \(\frac{{{s}^{2}}-{{a}^{2}}}{{{\left( {{s}^{2}}+{{a}^{2}} \right)}^{2}}}\) | 22 | |
\({{t}^{2}}\sin \left( at \right)\) | \(\frac{2a\left( 3{{s}^{2}}-{{a}^{2}} \right)}{{{\left( {{s}^{2}}+{{a}^{2}} \right)}^{3}}}\) | 23 | |
\({{t}^{2}}\cos \left( at \right)\) | \(\frac{2s\left( {{s}^{2}}-3{{a}^{2}} \right)}{{{\left( {{s}^{2}}+{{a}^{2}} \right)}^{3}}}\) | 24 | |
\({{e}^{bt}}\sin \left( at \right)\) | \(\frac{a}{{{\left( s-b \right)}^{2}}+{{a}^{2}}}\) | 25 | |
\({{e}^{bt}}\cos \left( at \right)\) | \(\frac{s-b}{{{\left( s-b \right)}^{2}}+{{a}^{2}}}\) | 26 | |
\({{e}^{bt}}\sin \left( at+\theta\right)\) | \(\frac{\left( s-b \right)\sin \left( \theta\right)+a\cos \left( \theta\right)}{{{\left( s-b \right)}^{2}}+{{a}^{2}}}\) | 27 | |
\({{e}^{bt}}\cos \left( at+\theta\right)\) | \(\frac{\left( s-b \right)\cos \left( \theta\right)-a\sin \left( \theta\right)}{{{\left( s-b \right)}^{2}}+{{a}^{2}}}\) | 28 | |
\(\frac{1}{t}\sin \left( at \right)\) | \({{\tan }^{-1}}\left( \frac{a}{s} \right)\) | 29 | |
\(\frac{1-\cos \left( at \right)}{t}\) | \(\frac{1}{2}\log \left( 1+\frac{{{a}^{2}}}{{{s}^{2}}} \right)\) | 30 | |
\(\sinh \left( at \right)\) | \(\frac{a}{{{s}^{2}}-{{a}^{2}}}\) | 双曲線正弦関数 (ハイパボリックサイン) | 31 |
\(\cosh \left( at \right)\) | \(\frac{s}{{{s}^{2}}-{{a}^{2}}}\) | 双曲線余弦関数 (ハイパボリックコサイン) | 32 |
\({{\sinh }^{2}}\left( at \right)\) | \(\frac{2{{a}^{2}}}{\left( {{s}^{3}}-4{{a}^{2}}s \right)}\) | 33 | |
\({{\cosh }^{2}}\left( at \right)\) | \(\frac{{{s}^{2}}-2{{a}^{2}}}{{{s}^{3}}-4{{a}^{2}}s}\) | 34 | |
\({{e}^{bt}}\sinh \left( at \right)\) | \(\frac{a}{{{\left( s-b \right)}^{2}}-{{a}^{2}}}\) | 35 | |
\({{e}^{bt}}\cosh \left( at \right)\) | \(\frac{s-b}{{{\left( s-b \right)}^{2}}-{{a}^{2}}}\) | 36 | |
\(\frac{1}{\pi t}\sin \left( 2a\sqrt{t} \right)\) | \(\text{erf}\left( \frac{a}{\sqrt{s}} \right)\) | 37 | |
\(\text{erfc}\left( \frac{a}{2\sqrt{t}} \right)\) | \(\frac{1}{s}{{e}^{-a\sqrt{s}}}\) | 誤差関数 | 38 |
ラプラス変換表以外で、像関数・s領域が分かりやすい関数群
原関数・t領域\(f\left( t \right)\) | 像関数・s領域\(F\left( s \right)\) | 備考 | 式番号 |
---|---|---|---|
\(\frac{{{t}^{n-1}}}{\left( n-1 \right)!}\) | \(\frac{1}{{{s}^{n}}}\) | 39 | |
\(\frac{1}{\sqrt{\pi t}}\) | \(\frac{1}{\sqrt{s}}\) | 40 | |
\(2\sqrt{\frac{t}{\pi }}\) | \(\frac{1}{s\sqrt{s}}\) | 41 | |
\(-\frac{1}{2{{t}^{3/2}}\sqrt{\pi }}\) | \(\sqrt{s}\) | 42 | |
\(\frac{3}{4{{t}^{5/2}}\sqrt{\pi }}\) | \(s\sqrt{s}\) | 43 | |
\(\frac{1-{{e}^{-t}}}{t}\) | \(\log \left( 1+\frac{1}{s} \right)\) | 44 | |
\(\frac{{{e}^{-at}}-{{e}^{-bt}}}{t}\) | \(\log \left( \frac{s+b}{s+a} \right)\) | 45 | |
\(\frac{a}{2t\sqrt{\pi t}}{{e}^{\frac{-{{a}^{2}}}{4t}}}\) | \(\frac{1}{s}{{e}^{-a\sqrt{s}}}\) | 46 | |
\(\frac{{{e}^{at}}-{{e}^{bt}}}{a-b}\) | \(\frac{1}{\left( s-b \right)\left( s-a \right)}\) | \(b\ne a\) | 47 |
\(\frac{1}{2{{a}^{3}}}\sin \left( at \right)-\frac{1}{2a}t\cos \left( at \right)\) | \(\frac{1}{{{\left( {{s}^{2}}+{{a}^{2}} \right)}^{2}}}\) | 48 | |
\(\frac{t}{{2a}}\sin \left( {at} \right)\) | \(\frac{s}{{{{\left( {{s^2} + {a^2}} \right)}^2}}}\) | 49 | |
\(\frac{1}{2a}\sin \left( at \right)+\frac{t}{2}\cos \left( at \right)\) | \(\frac{{{s}^{2}}}{{{\left( {{s}^{2}}+{{a}^{2}} \right)}^{2}}}\) | 50 | |
\(\frac{1}{a}{{e}^{-bt}}\sin \left( at \right)\) | \(\frac{1}{{{\left( s+b \right)}^{2}}+{{a}^{2}}}\) | 51 |
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著作者様
38番、46番は像関数が同一ですが、原関数の表現が異なるのはなぜでしょうか?
恐れ入りますがご教示お願いいたします。
表現方法は色々ありますので、wolframalphaにでも入れていただくと良いかと思います。
https://ja.wolframalpha.com/input?i2d=true&i=erfc%5C%2840%29Divide%5Ba%2C%5C%2840%292Sqrt%5Bt%5D%5C%2841%29%5D%5C%2841%29
誤差関数のラプラス変換の導出としては、「新米夫婦のふたりごと」様のサイトが丁寧でこのラプラス表現は分かりやすいと思いました。
https://ramenhuhu.com/math-laplacelist
話を元に戻して、38番と46番の原関数で考えると確かに一致していません。
38番の相補誤差関数に対して46番は導関数となっていますが、ラプラスの特性を考えると分かるかと思います。
ぜひ、1度誤差関数erfの定義からラプラス変換して導出してみてください。
48の2aは2a^2じゃないでしょうか?