工学数学 2:直前対策パック

公式集、全トピックの解法の要点、16 問の演習問題。完全な解答は巻末にあります。

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1公式と解法

微分方程式

指数関数的な増加・減少
dy/dt = ky → y = y0ekt
半減期
k = ln 2 / t½
ニュートンの冷却法則
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
積分因子
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
混合タンク
dm/dt = r·c − (r/V)·m

行列と行列式

2×2 の行列式
det = ad − bc
2×2 の逆行列
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
製品
(AB)ij = Σk AikBkj
固有値
det(A − λI) = 0
クラメルの公式
xi = det(Ai)/det(A)

ベクトル:内積と外積

大きさ
|a| = √(ax² + ay² + az²)
単位ベクトル
û = a/|a|
角度から成分を求める
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
内積
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
a の b 上へのスカラー射影
a·b/|b|
仕事
W = F·d
外積
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
面積
平行四辺形 |a × b|, 三角形 ½|a × b|
O まわりのモーメント
MO = r × F, r = A − O
平行六面体の体積
V = |a·(b × c)|

解き方

  1. すべてのベクトルを成分で書きます。大きさと角度で与えられた力には F·cos θ と F·sin θ を使います。
  2. 長さと向きには、大きさ √(x² + y² + z²) と単位ベクトル a/|a| を使います。
  3. 角度、射影、垂直性、仕事には内積を使います:a·b = |a||b|cos θ。
  4. 垂直なベクトル、面積、モーメントには外積を使います:3 つの成分を慎重に書き、順序 a × b を守ります。

積分

べき乗の微分
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
定積分
∫ab f dx = F(b) − F(a)
主な不定積分
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
曲線で囲まれた面積
∫ab (f − g) dx

解き方

  1. できれば被積分関数を簡単な項の和に書き直します。
  2. べき乗の積分公式を適用します:∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1)。ex、1/x、sin、cos には基本の積分公式を使います。
  3. 関数とその導関数が一緒に現れていたら置換積分を使います。
  4. 定積分では F(b) − F(a) を計算します。

多変数の微分積分

偏導関数
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
勾配
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
方向微分
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
接平面
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
連鎖律
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
2 階微分判定法
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
二重積分
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
極座標
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

解き方

  1. 偏導関数では、もう一方の変数を定数として扱い、1 変数の規則を使いましょう。
  2. 勾配の問題では、その点で ∇f = (fx, fy) を計算します。最も急な傾きには |∇f| を、方向微分には単位ベクトル u との ∇f·u を使います。
  3. 極値では fx = 0 と fy = 0 を同時に解き、そのあとすべての点を D = fxx·fyy − fxy² で分類します。
  4. 二重積分では、領域を描き、内側の限界が境界の曲線になるように順序(円板なら極座標)を選び、内側から先に積分します。

数列と級数

等差数列
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
等比数列
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
無限等比級数
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p 級数
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
比判定法
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
収束半径
R = lim |ck/ck+1|
テイラー多項式
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
マクローリン級数
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
ラグランジュの誤差評価
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

解き方

  1. 種類を見極めましょう:等差(一定の差)、等比(一定の比)、標準的な級数、べき級数、テイラー多項式。
  2. 和には Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2、Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)、または |r| < 1 のとき S = a₁/(1 − r) を使います。a₁ はその和の最初の項です。
  3. 収束については:まず第 n 項判定法、次に Σ1/kᵖ や等比級数との比較を行い、階乗や k 乗には比判定法か根判定法を使います。
  4. テイラー多項式では、f(a)、f′(a)、f″(a)、… を並べ、第 k 階導関数を k! で割り、誤差を M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)! で評価します。

たたみ込みと LTI システム

離散たたみ込み
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
連続たたみ込み
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
長さと和
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
始まり、終わり、面積
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
e^(−at)u(t) へのステップ入力
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
1 次系
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
1 次の漸化式
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
h(t) を通る正弦波
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
フーリエ級数の振幅
方形波 ±A:4A/(kπ)、奇数 k;三角波 ±A:8A/(π²k²)、奇数 k;パルス列:A·D と (2A/(kπ))|sin kπD|

解き方

  1. 2 つの信号をスケッチし、それぞれが 0 でない範囲を書き込みます。
  2. h を反転してずらします:各出力時刻について、両方の信号が重なる範囲を求めます。
  3. その重なりの範囲だけで、掛けて足し合わせる(離散)か、掛けて積分します(連続)。
  4. 結果を確認しましょう:出力は開始時刻の和から始まり、終了時刻の和で終わり、その面積または和は、入力の面積または和の積になります。

2演習問題

1.微分方程式ふつう
t (min)T (°C)28Ta​T = ?

95 °C のコーヒーを 18 °C の部屋に置いておきます。 温度はニュートンの冷却法則 dT/dt = −k·(T − Tₐ) に従います。 k = 0.1 min⁻¹ として、28 分後の温度 T を求めなさい。

T0 = 95 °CTa = 18 °Ck = 0.1 min⁻¹t = 28 min
T = °C
2.微分方程式むずかしい
xy13(1, −2)y(3) = ?

x > 0 で初期値問題 y′ + 2y/x = 5x2、y(1) = −2 を解きなさい。y(3) を求めなさい。

y′ + 2y/x = 5x2y(1) = −2
y(3) =
3.行列と行列式ふつう
A =24−1−303−4−4−1

示された 3×3 行列 A の行列式 det A を求めなさい。

A = [2 4 −1; −3 0 3; −4 −4 −1]
det A =
4.行列と行列式むずかしい
A =36−7−10

示された行列 A の大きい方の固有値 λ を求めなさい。

A = [3 6; −7 −10]
λ =
5.ベクトル:内積と外積ふつう
xyzdFAB

一定の力 F = (0, −15, 30) N が、点 A(−5, −4, 4) から点 B(3, 1, 0) まで直線上を動く物体に作用している。座標の単位はメートルである。この力がする仕事 W を求めよ。

F = (0, −15, 30) NA(−5, −4, 4) mB(3, 1, 0) m
W = J
6.ベクトル:内積と外積むずかしい
xyzrFOA

力 F = (−60, −60, 40) N が点 A(−4, −3, −4) に作用している。座標の単位はメートルである。 点 O(−3, 0, 2) まわりの力のモーメントの z 成分 Mz を求めよ。

F = (−60, −60, 40) NA(−4, −3, −4) mO(−3, 0, 2) m
Mz = N·m
7.積分ふつう
xy01

I = ∫01 e2x dx を計算しなさい。

f(x) = e2x[0, 1]
I =
8.積分むずかしい
xyy = x2​y = 3x

y = x2 と y = 3x で囲まれた部分の面積 A を求めなさい。

y = x2y = 3x
A =
9.多変数の微分積分ふつう
xy10P

(x, y) = (1, 0) の点での z = 3x²e2y の接平面は、z = px + qy + c と書けます。c を求めてください。

f(x, y) = 3x²e2y(a, b) = (1, 0)
c =
10.多変数の微分積分むずかしい
xyy = 4xy = x²416

放物線 y = x² と直線 y = 4x の間の領域 R について、I = ∬R x dA を計算してください。

y = x²y = 4xf = x
I =
11.数列と級数ふつう
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Σk=1∞ 3ᵏ·k!/kᵏ に比判定法を適用してください。L = lim |ak+1/ak| を求めてください。

ak = 3ᵏ·k!/kᵏ
L =
12.数列と級数むずかしい

f(x) = sin x を、x = 1.5 で n 次のマクローリン多項式により近似します。M = 1 としてラグランジュの誤差評価 M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! を使い、誤差が 1 × 10⁻⁵ 未満になることを保証する最小の次数 n を求めてください。

f(x) = sin xx = 1.5M = 1ε = 1 × 10⁻⁵
n =
13.ラプラス変換ふつう
t (s)f(t)t = 0.3f(0.3) = ?

F(s) = 50/(s(s + 3)(s + 5)) の f(t) を部分分数展開で求め、f(0.3) を計算せよ。

F(s) = 50/(s(s + 3)(s + 5))t = 0.3 s
f(0.3) =
14.ラプラス変換むずかしい
t (s)y(t)t = 0.2y(0.2) = ?

ある系が y″ + 5y′ + 6y = 18·u(t) に従い、y(0) = 1、y′(0) = 0 である。t = 0 でステップ入力 u(t) = 1 を加える。ラプラス変換を用いて y(0.2) を求めよ。

y″ + 5y′ + 6y = 18·u(t)y(0) = 1y′(0) = 0u(t) = 1t = 0.2 s
y(0.2) =
15.たたみ込みと LTI システムふつう
x(t)t4h(t)t0.251

システムのインパルス応答は h(t) = e−4tu(t) です。入力はステップ x(t) = 4·u(t) です。t = 0.125 s での出力 y(0.125) を求めなさい。

h(t) = e−4tu(t)x(t) = 4·u(t)t = 0.125 s
y(0.125) =
16.たたみ込みと LTI システムむずかしい
x(t)t (ms)1020403−3

三角波が周期 T = 20 ms で −3 と +3 の間を直線的に上昇・下降します。150 Hz のフーリエ成分の振幅 c3 を求めなさい。

±3T = 20 msf = 150 Hz
c3 =

3溶液

1.微分方程式

答え: T = 22.68 °C

1 階微分方程式:dy/dt = k·y の解は y = y₀·ekt です(k > 0 なら増加、k < 0 なら減少)。半減期 T からは k = ln 2/T が得られます。ニュートンの冷却法則 dT/dt = −k·(T − Tₐ) からは T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt が得られます。線形方程式 y′ + p(x)·y = q(x) は積分因子 μ = e∫p dx を使って解きます:(μy)′ = μq なので、μy = ∫μq dx + C です。

冷却法則の解

T(t) = 18 + 77·e−0.1t

t を代入する

T(28) = 18 + 77·0.06081 = 22.68 °C

答え

T = 22.68 °C
2.微分方程式

答え: y(3) = 26.67

1 階微分方程式:dy/dt = k·y の解は y = y₀·ekt です(k > 0 なら増加、k < 0 なら減少)。半減期 T からは k = ln 2/T が得られます。ニュートンの冷却法則 dT/dt = −k·(T − Tₐ) からは T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt が得られます。線形方程式 y′ + p(x)·y = q(x) は積分因子 μ = e∫p dx を使って解きます:(μy)′ = μq なので、μy = ∫μq dx + C です。

積分因子

μ = e∫2/x dx = x2

積分する

(x2y)′ = 5x4 → x2y = 5x5/5 + C

初期条件

−2 = 5/5 + C → C = −3

計算する

y(3) = (5·35/5 + (−3))/32 = 26.67

答え

y(3) = 26.67
3.行列と行列式

答え: det A = −48

行列:2×2 行列の行列式は ad − bc です。3×3 では 1 つの行に沿って展開します:各成分に、その行と列を除いた 2×2 行列の行列式を掛け、符号は + − + と交互にします。固有値 λ は det(A − λI) = 0 を満たし、2×2 では λ² −(トレース)·λ + det = 0 です。

第 1 行の 2×2 小行列式

M₁₁ = 12, M₁₂ = 15, M₁₃ = 12

余因子展開

det A = 2·12 − 4·15 + (−1)·12 = −48

答え

det A = −48
4.行列と行列式

答え: λ = −3

行列:2×2 行列の行列式は ad − bc です。3×3 では 1 つの行に沿って展開します:各成分に、その行と列を除いた 2×2 行列の行列式を掛け、符号は + − + と交互にします。固有値 λ は det(A − λI) = 0 を満たし、2×2 では λ² −(トレース)·λ + det = 0 です。

固有方程式

λ² − (−7)λ + (12) = 0

解く

λ = (−7 ± √(1))/2 → λ = −4, −3
λ = −3

答え

λ = −3
5.ベクトル:内積と外積

答え: W = −195 J

Dot product: a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, a scalar. It gives the angle between two vectors, cos θ = a·b/(|a|·|b|), and it is zero when they are perpendicular. The scalar projection of a onto b is a·b/|b|, and a constant force F moving through a displacement d does work W = F·d.

変位

d = B − A = (3, 1, 0) − (−5, −4, 4) = (8, 5, −4) m

仕事

W = F·d = 0·8 + (−15)·5 + 30·(−4) = −195 J

答え

W = −195 J

負の仕事:力はおもに運動に逆らって作用しています。

6.ベクトル:内積と外積

答え: Mz = −120 N·m

Cross product: a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) is perpendicular to both vectors, and |a × b| = |a|·|b|·sin θ is the area of the parallelogram they span (the triangle has half of it). Order matters: b × a = −(a × b). The moment of a force F applied at point A about point O is MO = r × F, with r = A − O.

O から A への位置ベクトル

r = A − O = (−4, −3, −4) − (−3, 0, 2) = (−1, −3, −6) m

モーメント M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−3)·40 − (−6)·(−60) = −480 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = (−6)·(−60) − (−1)·40 = 400 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−1)·(−60) − (−3)·(−60) = −120 N·m

求める成分

Mz = −120 N·m

答え

Mz = −120 N·m
7.積分

答え: I = 3.195

定積分:∫ₐᵇ f(x) dx は、a から b までのグラフと x 軸の間の符号付き面積です。原始関数 F(F′ = f)を求め、F(b) − F(a) を計算します。べき乗の法則:∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1)。2 曲線の間の面積は ∫(上 − 下) dx です。

原始関数

F(x) = e2x/2

上端と下端を代入する

I = (e2 − 1)/2 = (7.389 − 1)/2 = 3.195

答え

I = 3.195
8.積分

答え: A = 4.5

定積分:∫ₐᵇ f(x) dx は、a から b までのグラフと x 軸の間の符号付き面積です。原始関数 F(F′ = f)を求め、F(b) − F(a) を計算します。べき乗の法則:∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1)。2 曲線の間の面積は ∫(上 − 下) dx です。

交点

x2 = 3x → x = 0, x = 3

上から下を引いて積分する

A = [1.5x2 − 0.3333x3]03 = 4.5

答え

A = 4.5
9.多変数の微分積分

答え: c = −3

勾配:∇f = (fx, fy) は最も急に増加する方向を向き、|∇f| は変化率の最大値です。方向 v に沿った方向微分は、単位ベクトル u = v/|v| を用いて Duf = ∇f·u です。点 (a, b) での接平面は z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b) で、その点の近くでの f の線形近似を与えます。連鎖律:dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt。

その点での値と傾き

f(1, 0) = 3
fx = 6xe2y → fx(1, 0) = 6
fy = 6x²e2y → fy(1, 0) = 6

接平面

z = 3 + 6(x − 1) + 6(y − 0)
z = 6x + 6y − 3

定数項

c = −3

答え

c = −3
10.多変数の微分積分

答え: I = 21.33

臨界点と二重積分:臨界点では fx = fy = 0 です。D = fxxfyy − fxy² を用いた 2 階微分判定法:D > 0 かつ fxx > 0 なら極小、D > 0 かつ fxx < 0 なら極大、D < 0 なら鞍点、D = 0 なら何も決まりません。一般の領域上の二重積分では、内側の積分の限界を領域を囲む曲線にします。円板や扇形では極座標 x = r cos θ、y = r sin θ、dA = r dr dθ を使います(係数 r を忘れないでください)。

交点

x² = 4x → x = 0, x = 4

内側の積分

∫x²4x x dy = x(4x − x²) = 4x² − x³

外側の積分

I = ∫04 (4x² − x³) dx = 21.33

答え

I = 21.33
11.数列と級数

答え: L = 1.104

収束:項が 0 に近づかなければ、級数は発散します(第 n 項判定法)。Σ1/kᵖ が収束するのは p > 1 のときだけで、Σrᵏ が収束するのは |r| < 1 のときだけです。k が大きいときに項がこれらと同じようにふるまうなら、級数をこれらと比較します。比判定法:L = lim |ak+1/ak|、根判定法:L = lim |ak|1/k。L < 1 なら収束、L > 1 なら発散、L = 1 なら何も決まりません。べき級数 Σck(x − x₀)ᵏ は |x − x₀| < R で収束し、R = lim |ck/ck+1| です。項が 0 に減少していく交代級数は収束します。

連続する項の比

|ak+1/ak| = 3·(k/(k + 1))ᵏ = 3/(1 + 1/k)ᵏ → 3/e

結論

L = 1.104 > 1

答え

L = 1.104

L > 1 なので、級数は発散します。

12.数列と級数

答え: n = 10

テイラー多項式:x = a の近くで、滑らかな関数は Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n! で近似されます。a = 0 のときがマクローリン多項式です。標準的な級数:eˣ = Σxᵏ/k!、sin x = x − x³/3! + x⁵/5! − …、cos x = 1 − x²/2! + x⁴/4! − …、ln(1 + x) = x − x²/2 + x³/3 − …、1/(1 − x) = Σxᵏ。ラグランジュの誤差評価:|f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!。ここで M は a と x の間での |f⁽ⁿ⁺¹⁾| の最大値です。

n(n + 1)!評価値011.5121.125260.56253240.210941200.0632857200.01582650400.003397403200.000635683628800.0001059936288001.589 × 10⁻⁵10399168002.167 × 10⁻⁶

n を増やしたときの評価値

n = 9: 1.589 × 10⁻⁵ ≥ 1 × 10⁻⁵
n = 10: 2.167 × 10⁻⁶ < 1 × 10⁻⁵

最小の次数

n = 10

答え

n = 10
13.ラプラス変換

答え: f(0.3) = 1.061

ラプラス変換:F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt は、微分を s の掛け算に変えます:ℒ{f′} = sF(s) − f(0)、ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0)。基本的な変換対:1 ↔ 1/s、e−at ↔ 1/(s + a)、t·e−at ↔ 1/(s + a)²、sin ωt ↔ ω/(s² + ω²)、cos ωt ↔ s/(s² + ω²)。また、s → s + σ のシフトは、時間関数に e−σt を掛けることに対応します。有理式 F(s) を逆変換するには部分分数に分解します。単極 p の留数は A = [(s − p)·F(s)] の s = p での値です。最終値の定理:f(∞) = lims→0 s·F(s)。これは s·F(s) のすべての極が左半平面にあるときに限り成り立ちます。初期値の定理:f(0⁺) = lims→∞ s·F(s)。

部分分数展開

F(s) = A/s + B/(s + 3) + C/(s + 5)
A = 50/(3·5) = 3.333
B = 50/((−3)·2) = −8.333
C = 50/((−5)·(−2)) = 5

逆変換

f(t) = 3.333 − 8.333·e−3t + 5·e−5t

計算する

f(0.3) = 3.333 − 8.333·e−3·0.3 + 5·e−5·0.3 = 1.061

答え

f(0.3) = 1.061
14.ラプラス変換

答え: y(0.2) = 1.173

ラプラス変換:F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt は、微分を s の掛け算に変えます:ℒ{f′} = sF(s) − f(0)、ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0)。基本的な変換対:1 ↔ 1/s、e−at ↔ 1/(s + a)、t·e−at ↔ 1/(s + a)²、sin ωt ↔ ω/(s² + ω²)、cos ωt ↔ s/(s² + ω²)。また、s → s + σ のシフトは、時間関数に e−σt を掛けることに対応します。有理式 F(s) を逆変換するには部分分数に分解します。単極 p の留数は A = [(s − p)·F(s)] の s = p での値です。最終値の定理:f(∞) = lims→0 s·F(s)。これは s·F(s) のすべての極が左半平面にあるときに限り成り立ちます。初期値の定理:f(0⁺) = lims→∞ s·F(s)。

方程式を変換する

(s² + 5s + 6)·Y(s) = 1s + 5 + 18/s
Y(s) = (s² + 5s + 18)/(s(s + 2)(s + 3))

部分分数展開

A = 18/(2·3) = 3
B = 12/((−2)·1) = −6
C = 12/((−3)·(−1)) = 4

結果

y(t) = 3 − 6·e−2t + 4·e−3t
y(0.2) = 1.173

答え

y(0.2) = 1.173

検算:y(0) = A + B + C = 1。

15.たたみ込みと LTI システム

答え: y(0.125) = 0.3935

連続たたみ込み:y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ。h を反転し、位置 t までずらし、重なる部分の積を積分します。因果的な信号では、積分は 0 から t までです。役に立つ結果:y の面積は x の面積と h の面積の積です。x が t₁ から t₂ まで、h が t₃ から t₄ まで続くなら、y は t₁ + t₃ から t₂ + t₄ まで続きます。h(t) = e−atu(t) と高さ A のステップ入力では、y(t) = (A/a)(1 − e−at) です。

ステップとのたたみ込み

y(t) = 4·∫₀ᵗ e−4τ dτ = (4/4)·(1 − e−4t)

計算する

y(0.125) = 1·(1 − e−0.5) = 0.3935

答え

y(0.125) = 0.3935
16.たたみ込みと LTI システム

答え: c3 = 0.2702

インパルス応答とフーリエ級数:インパルス応答 h(t) は LTI システムを完全に表します:y′ + a·y = b·x では h(t) = b·e−atu(t)、y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] では h[n] = b·aⁿu[n] です。正弦波 cos ωt は、ゲイン |H(jω)| と位相 ∠H(jω) をもって通過します(H は h のフーリエ変換)。周期信号は k/T の高調波の和です:±A の方形波は奇数次の高調波だけをもち、振幅は 4A/(kπ)、ピーク A の三角波は 8A/(π²k²)、高さ A でデューティ比 D のパルス列は平均値 A·D と高調波 (2A/(kπ))·|sin(kπD)| をもちます。

高調波次数

f₀ = 1/T = 50 Hz → k = 3

振幅

c3 = 8·3/(π²·3²) = 0.2702

答え

c3 = 0.2702

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