与えられた関数 $(\frac{d}{dt})(\frac{1}{1-\frac{d}{dt}}(\sin t - \cos t))$ の導関数を計算します。

解析学導関数微分微分方程式線形微分方程式
2025/4/17

1. 問題の内容

与えられた関数 (ddt)(11ddt(sintcost))(\frac{d}{dt})(\frac{1}{1-\frac{d}{dt}}(\sin t - \cos t)) の導関数を計算します。

2. 解き方の手順

まず、sintcost\sin t - \cos ttt に関する導関数を計算します。
ddt(sintcost)=cost+sint\frac{d}{dt}(\sin t - \cos t) = \cos t + \sin t
次に、11ddt\frac{1}{1-\frac{d}{dt}}(sintcost)(\sin t - \cos t) を作用させることを考えます。ここで ddt(sintcost)=cost+sint\frac{d}{dt}(\sin t - \cos t) = \cos t + \sin t なので、
11ddt(sintcost)=11(ddt)(sintcost)\frac{1}{1-\frac{d}{dt}} (\sin t - \cos t) = \frac{1}{1 - (\frac{d}{dt})} (\sin t - \cos t)
これは、
y=11ddt(sintcost)y = \frac{1}{1-\frac{d}{dt}} (\sin t - \cos t)
とすると、
(1ddt)y=sintcost(1-\frac{d}{dt})y = \sin t - \cos t
ydydt=sintcosty - \frac{dy}{dt} = \sin t - \cos t
dydty=costsint\frac{dy}{dt} - y = \cos t - \sin t
これを解く必要があります。まず同次方程式 dydty=0\frac{dy}{dt} - y = 0 を解きます。この解は y=Cety = Ce^t です(CC は定数)。次に特殊解を見つけます。y=Acost+Bsinty = A\cos t + B\sin t を代入すると、
Asint+BcostAcostBsint=costsint-A\sin t + B\cos t - A\cos t - B\sin t = \cos t - \sin t
(AB)sint+(BA)cost=sint+cost(-A-B)\sin t + (B-A)\cos t = -\sin t + \cos t
AB=1-A-B=-1
BA=1B-A=1
これを解いて、
2A=0-2A = 0, A=0A=0, B=1B=1
よって、特殊解は y=sinty = \sin t
したがって、一般解は y=Cet+sinty = Ce^t + \sin t となります。
ここで t=0t=0 のとき、y=0y=0と仮定すると、0=C+00 = C + 0となり、C=0C=0 よって、y=sinty = \sin t
したがって、11ddt(sintcost)=sint\frac{1}{1-\frac{d}{dt}}(\sin t - \cos t) = \sin t
最後に、ddtsint=cost\frac{d}{dt} \sin t = \cos t

3. 最終的な答え

cost\cos t

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