与えられた微分方程式を解いて、$x(t)$ を求める問題です。 微分方程式は $\frac{dx}{dt} = C_1' e^{-\frac{\gamma}{m}t}$ で与えられています。ここで、$C_1'$, $\gamma$, $m$ は定数です。

解析学微分方程式積分指数関数
2025/7/19

1. 問題の内容

与えられた微分方程式を解いて、x(t)x(t) を求める問題です。
微分方程式は dxdt=C1eγmt\frac{dx}{dt} = C_1' e^{-\frac{\gamma}{m}t} で与えられています。ここで、C1C_1', γ\gamma, mm は定数です。

2. 解き方の手順

与えられた微分方程式を解くには、両辺を時間 tt で積分します。
dxdtdt=C1eγmtdt\int \frac{dx}{dt} dt = \int C_1' e^{-\frac{\gamma}{m}t} dt
左辺は x(t)x(t) になります。右辺は積分を実行する必要があります。
x(t)=C1eγmtdtx(t) = C_1' \int e^{-\frac{\gamma}{m}t} dt
u=γmtu = -\frac{\gamma}{m}t と置くと、du=γmdtdu = -\frac{\gamma}{m} dt となり、dt=mγdudt = -\frac{m}{\gamma} du です。
したがって、
x(t)=C1eu(mγ)dux(t) = C_1' \int e^u (-\frac{m}{\gamma}) du
x(t)=mC1γeudux(t) = -\frac{mC_1'}{\gamma} \int e^u du
x(t)=mC1γeu+C2x(t) = -\frac{mC_1'}{\gamma} e^u + C_2
x(t)=mC1γeγmt+C2x(t) = -\frac{mC_1'}{\gamma} e^{-\frac{\gamma}{m}t} + C_2
ここで、C2C_2 は積分定数です。

3. 最終的な答え

x(t)=mC1γeγmt+C2x(t) = -\frac{mC_1'}{\gamma} e^{-\frac{\gamma}{m}t} + C_2

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