式展開
間違いしかありません.コメントにてご指摘いただければ幸いです(気が付いた点を特に断りなく頻繁に書き直していますのでご注意ください).
バネマスダンパー系,運動方程式,ラプラス変換,逆ラプラス変換,単位ステップ凾数
バネマスダンパー系
運動方程式
m
x
¨
+
c
x
˙
+
k
x
=
F
u
(
t
)
d
2
x
d
2
t
+
c
m
d
x
d
t
+
k
m
x
=
F
m
u
(
t
)
d
2
x
d
2
t
+
2
γ
d
x
d
t
+
ω
0
2
x
=
F
m
u
(
t
)
⋯
γ
=
c
2
m
,
ω
0
2
=
k
m
ここで入力
u
を単位ステップ凾数とする.
u
(
t
)
=
{
1
(
t
≥
0
)
0
(
t
<
0
)
ラプラス変換
L
[
d
2
x
d
2
t
+
2
γ
d
x
d
t
+
ω
0
2
x
]
=
L
[
F
m
u
(
t
)
]
L
[
d
2
x
d
2
t
]
+
L
[
2
γ
d
x
d
t
]
+
L
[
ω
0
2
x
]
=
L
[
F
m
u
(
t
)
]
L
[
d
2
x
d
2
t
]
+
2
γ
L
[
d
x
d
t
]
+
ω
0
2
L
[
x
]
=
F
m
L
[
u
(
t
)
]
s
2
X
−
s
x
0
−
v
0
+
2
γ
(
s
X
−
x
0
)
+
ω
0
2
X
=
F
m
U
…
L
[
x
]
=
X
…
L
[
d
x
d
t
]
=
s
2
X
−
x
0
,
x
0
=
x
(
0
)
…
L
[
d
2
x
d
2
t
]
=
s
2
X
−
s
x
0
−
v
0
,
v
0
=
x
′
(
0
)
…
L
[
u
(
t
)
]
=
U
X
について解く
s
2
X
+
2
γ
X
s
+
ω
0
2
X
=
s
x
0
+
v
0
+
2
γ
x
0
+
F
m
U
(
s
2
+
2
γ
s
+
ω
0
2
)
X
=
s
x
0
+
v
0
+
2
γ
x
0
+
F
m
U
X
=
s
x
0
+
v
0
+
2
γ
x
0
s
2
+
2
γ
s
+
ω
0
2
+
F
m
1
s
2
+
2
γ
s
+
ω
0
2
U
=
s
x
0
+
v
0
+
2
γ
x
0
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
+
F
m
1
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
U
部分分数分解 準備
単
位
ス
テ
ッ
プ
凾
数
の
ラ
プ
ラ
ス
変
換
U
=
1
/
s
…
単
位
ス
テ
ッ
プ
凾
数
の
ラ
プ
ラ
ス
変
換
,
X
=
s
x
0
+
v
0
+
2
γ
x
0
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
+
F
m
1
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
U
=
s
x
0
+
v
0
+
2
γ
x
0
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
+
F
m
1
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
1
s
=
C
1
s
−
λ
1
+
C
2
s
−
λ
2
+
F
m
{
C
3
s
−
λ
1
+
C
4
s
−
λ
2
+
C
5
s
}
=
C
1
(
s
−
λ
2
)
+
C
2
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
+
F
m
{
C
3
(
s
−
λ
2
)
s
+
C
4
(
s
−
λ
1
)
s
+
C
5
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
s
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
}
=
C
1
(
s
−
λ
2
)
+
C
2
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
+
F
m
{
C
3
s
2
−
C
3
λ
2
s
+
C
4
s
2
−
C
4
λ
1
s
+
C
5
{
s
2
−
(
λ
1
+
λ
2
)
s
+
λ
1
λ
2
}
s
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
}
=
C
1
(
s
−
λ
2
)
+
C
2
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
+
F
m
{
C
3
s
2
−
C
3
λ
2
s
+
C
4
s
2
−
C
4
λ
1
s
+
C
5
s
2
−
C
5
(
λ
1
+
λ
2
)
s
+
C
5
λ
1
λ
2
s
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
}
=
(
C
1
+
C
2
)
s
−
(
C
1
λ
2
+
C
2
λ
1
)
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
+
F
m
[
(
C
3
+
C
4
+
C
5
)
s
2
+
{
−
C
3
λ
2
−
C
4
λ
1
−
C
5
(
λ
1
+
λ
2
)
}
s
+
C
5
λ
1
λ
2
s
(
s
−
λ
1
)
(
s
−
λ
2
)
]
部分分数分解 第1項分子の比較
s
x
0
+
v
0
+
2
γ
x
0
=
(
C
1
+
C
2
)
s
−
(
C
1
λ
2
+
C
2
λ
1
)
{
x
0
=
C
1
+
C
2
v
0
+
2
γ
x
0
=
−
(
C
1
λ
2
+
C
2
λ
1
)
部分分数分解
C
2
x
0
=
C
1
+
C
2
C
1
=
x
0
−
C
2
v
0
+
2
γ
x
0
=
−
{
(
x
0
−
C
2
)
λ
2
+
C
2
λ
1
}
=
−
λ
2
x
0
+
C
2
λ
2
−
C
2
λ
1
v
0
+
2
γ
x
0
+
λ
2
x
0
=
C
2
(
λ
2
−
λ
1
)
C
2
=
v
0
+
2
γ
x
0
+
λ
2
x
0
λ
2
−
λ
1
…
λ
1
,
2
=
−
2
γ
±
(
2
γ
)
2
−
4
⋅
1
⋅
ω
0
2
2
⋅
1
=
−
γ
±
γ
2
−
ω
0
2
=
−
γ
±
ξ
…
λ
2
−
λ
1
=
−
γ
−
ξ
−
(
−
γ
+
ξ
)
=
−
2
ξ
=
v
0
+
2
γ
x
0
+
(
−
γ
−
ξ
)
x
0
−
2
ξ
=
v
0
+
γ
x
0
−
ξ
x
0
−
2
ξ
=
v
0
+
γ
x
0
−
2
ξ
−
ξ
x
0
−
2
ξ
=
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
部分分数分解
C
1
C
1
=
x
0
−
C
2
=
x
0
−
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
)
=
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
部分分数分解 第2項分子の比較
1
=
(
C
3
+
C
4
+
C
5
)
s
2
+
{
−
C
3
λ
2
−
C
4
λ
1
−
C
5
(
λ
1
+
λ
2
)
}
s
+
C
5
λ
1
λ
2
{
0
=
C
3
+
C
4
+
C
5
0
=
−
C
3
λ
2
−
C
4
λ
1
−
C
5
(
λ
1
+
λ
2
)
1
=
C
5
λ
1
λ
2
部分分数分解
C
5
第
式
1
=
C
5
λ
1
λ
2
…
第
3
式
C
5
=
1
λ
1
λ
2
=
1
γ
2
−
ξ
2
…
λ
1
,
2
=
−
γ
±
ξ
…
λ
1
λ
2
=
(
−
γ
+
ξ
)
(
−
γ
−
ξ
)
=
(
−
γ
)
2
−
ξ
2
=
γ
2
−
ξ
2
=
1
ω
0
2
…
γ
2
−
ξ
2
=
γ
2
−
(
γ
2
−
ω
0
2
)
2
=
γ
2
−
γ
2
+
ω
0
2
=
ω
0
2
部分分数分解
C
3
,
C
4
第
式
第
式
第
式
0
−
0
=
(
C
3
+
C
4
+
C
5
)
λ
2
−
C
3
λ
2
−
C
4
λ
1
−
C
5
(
λ
1
+
λ
2
)
…
第
1
式
⋅
λ
2
+
第
2
式
0
=
C
3
λ
2
+
C
4
λ
2
+
C
5
λ
2
−
C
3
λ
2
−
C
4
λ
1
−
C
5
λ
1
−
C
5
λ
2
0
=
C
4
(
λ
2
−
λ
1
)
−
C
5
λ
1
C
4
(
λ
2
−
λ
1
)
=
C
5
λ
1
C
4
=
C
5
λ
1
λ
2
−
λ
1
=
1
λ
1
λ
2
λ
1
λ
2
−
λ
1
=
1
λ
2
1
λ
2
−
λ
1
=
1
λ
2
2
−
λ
1
λ
2
=
1
(
−
γ
−
ξ
)
2
−
(
−
γ
+
ξ
)
(
−
γ
−
ξ
)
=
1
γ
2
+
2
γ
ξ
+
ξ
2
−
(
γ
2
−
ξ
2
)
=
1
γ
2
+
2
γ
ξ
+
ξ
2
−
γ
2
+
ξ
2
=
1
2
γ
ξ
+
2
ξ
2
=
1
2
ξ
(
γ
+
ξ
)
=
1
2
ξ
(
γ
+
ξ
)
γ
−
ξ
γ
−
ξ
=
γ
−
ξ
2
ξ
(
γ
2
−
ξ
2
)
=
γ
−
ξ
2
ξ
ω
0
2
=
1
ω
0
2
γ
−
ξ
2
ξ
0
=
C
3
+
C
4
+
C
5
…
第
1
式
C
3
=
−
C
4
−
C
5
=
−
1
ω
0
2
γ
−
ξ
2
ξ
−
1
ω
0
2
=
−
1
ω
0
2
(
γ
−
ξ
2
ξ
+
1
)
=
−
1
ω
0
2
(
γ
−
ξ
2
ξ
+
2
ξ
2
ξ
)
=
−
1
ω
0
2
(
γ
+
ξ
2
ξ
)
部分分数分解 まとめる
X
=
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
s
−
λ
1
+
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
s
−
λ
2
+
F
m
{
−
1
ω
0
2
(
γ
+
ξ
2
ξ
)
s
−
λ
1
+
1
ω
0
2
γ
−
ξ
2
ξ
s
−
λ
2
+
1
ω
0
2
s
}
逆ラプラス変換
L
−
1
[
X
]
=
L
−
1
[
C
1
1
s
−
λ
1
+
C
2
1
s
−
λ
2
+
F
m
{
C
3
1
s
−
λ
1
+
C
4
1
s
−
λ
2
+
C
5
1
s
}
]
=
C
1
L
−
1
[
1
s
−
λ
1
]
+
C
2
L
−
1
[
1
s
−
λ
2
]
+
F
m
C
3
L
−
1
[
1
s
−
λ
1
]
+
F
m
C
4
L
−
1
[
1
s
−
λ
2
]
+
F
m
C
5
L
−
1
[
1
s
]
=
{
C
1
L
−
1
[
1
s
−
λ
1
]
+
C
2
L
−
1
[
1
s
−
λ
2
]
}
+
F
m
{
C
3
L
−
1
[
1
s
−
λ
1
]
+
C
4
L
−
1
[
1
s
−
λ
2
]
}
+
{
F
m
C
5
L
−
1
[
1
s
]
}
逆ラプラス変換 第1項
が
虚
数
の
場
合
γ
<
ω
0
(
ξ
が
虚
数
の
場
合
)
が
虚
数
の
場
合
C
1
L
−
1
[
1
s
−
λ
1
]
+
C
2
L
−
1
[
1
s
−
λ
2
]
=
C
1
e
λ
1
t
+
C
2
e
λ
2
t
…
L
−
1
[
1
s
+
a
]
=
e
−
a
t
=
(
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
)
e
λ
1
t
+
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
)
e
λ
2
t
=
(
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
)
e
(
−
γ
+
ξ
)
t
+
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
)
e
(
−
γ
−
ξ
)
t
…
λ
1
,
2
=
−
c
2
m
±
(
c
2
m
)
2
−
(
k
m
)
2
=
−
γ
±
γ
2
−
ω
0
2
=
−
γ
±
ξ
=
(
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
)
e
−
γ
t
e
ξ
t
+
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ξ
)
e
−
γ
t
e
−
ξ
t
…
a
A
+
B
=
a
A
a
B
=
e
−
γ
t
{
(
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
e
ω
i
t
+
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
e
−
ω
i
t
}
…
γ
<
ω
0
(
ξ
が
虚
数
の
場
合
)
,
ξ
=
γ
2
−
ω
0
2
=
|
γ
2
−
ω
0
2
|
i
=
ω
i
=
e
−
γ
t
[
(
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
{
cos
(
ω
t
)
+
i
sin
(
ω
t
)
}
+
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
{
cos
(
−
ω
t
)
+
i
sin
(
−
ω
t
)
}
]
=
e
−
γ
t
[
(
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
{
cos
(
ω
t
)
+
i
sin
(
ω
t
)
}
+
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
{
cos
(
ω
t
)
−
i
sin
(
ω
t
)
}
]
…
cos
(
−
ω
t
)
=
cos
(
ω
t
)
,
sin
(
−
ω
t
)
=
−
sin
(
ω
t
)
=
e
−
γ
t
[
(
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
cos
(
ω
t
)
+
(
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
i
sin
(
ω
t
)
+
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
cos
(
ω
t
)
−
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
i
sin
(
ω
t
)
]
=
e
−
γ
t
[
{
(
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
+
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
}
cos
(
ω
t
)
+
{
(
x
0
2
+
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
−
(
x
0
2
−
v
0
+
γ
x
0
2
ω
i
)
}
i
sin
(
ω
t
)
]
=
e
−
γ
t
{
x
0
cos
(
ω
t
)
+
v
0
+
γ
x
0
ω
i
i
sin
(
ω
t
)
}
=
e
−
γ
t
{
x
0
cos
(
ω
t
)
+
v
0
+
γ
x
0
ω
sin
(
ω
t
)
}
…
i
i
=
1
逆ラプラス変換 第2項
が
虚
数
の
場
合
γ
<
ω
0
(
ξ
が
虚
数
の
場
合
)
が
虚
数
の
場
合
F
m
{
C
3
L
−
1
[
1
s
−
λ
1
]
+
C
4
L
−
1
[
1
s
−
λ
2
]
}
=
F
m
(
C
3
e
λ
1
t
+
C
4
e
λ
2
t
)
…
L
−
1
[
1
s
+
a
]
=
e
−
a
t
=
F
m
{
−
1
ω
0
2
(
γ
+
ξ
2
ξ
)
e
λ
1
t
+
1
ω
0
2
(
γ
−
ξ
2
ξ
)
e
λ
2
t
}
=
F
m
1
ω
0
2
{
−
(
γ
2
ξ
+
ξ
2
ξ
)
e
λ
1
t
+
(
γ
2
ξ
−
ξ
2
ξ
)
e
λ
2
t
}
=
F
k
{
−
(
γ
2
ξ
+
1
2
)
e
λ
1
t
+
(
γ
2
ξ
−
1
2
)
e
λ
2
t
}
…
ω
0
=
k
m
,
ω
0
2
=
k
m
,
m
ω
0
2
=
k
=
F
k
{
−
(
γ
2
ξ
+
1
2
)
e
(
−
γ
+
ξ
)
t
+
(
γ
2
ξ
−
1
2
)
e
(
−
γ
−
ξ
)
t
}
…
λ
1
,
2
=
−
c
2
m
±
(
c
2
m
)
2
−
(
k
m
)
2
=
−
γ
±
γ
2
−
ω
0
2
=
−
γ
±
ξ
=
F
k
{
−
(
γ
2
ξ
+
1
2
)
e
−
γ
t
e
ξ
t
+
(
γ
2
ξ
−
1
2
)
e
−
γ
t
e
−
ξ
t
}
=
F
k
e
−
γ
t
{
−
(
γ
2
ω
i
+
1
2
)
e
ω
i
t
+
(
γ
2
ω
i
−
1
2
)
e
−
ω
i
t
}
…
γ
<
ω
0
(
ξ
が
虚
数
の
場
合
)
,
ξ
=
γ
2
−
ω
0
2
=
|
γ
2
−
ω
0
2
|
i
=
ω
i
=
F
k
e
−
γ
t
[
−
(
γ
2
ω
i
+
1
2
)
{
cos
(
ω
t
)
+
i
sin
(
ω
t
)
}
+
(
γ
2
ω
i
−
1
2
)
{
cos
(
−
ω
t
)
+
i
sin
(
−
ω
t
)
}
]
=
F
k
e
−
γ
t
[
−
(
γ
2
ω
i
+
1
2
)
{
cos
(
ω
t
)
+
i
sin
(
ω
t
)
}
+
(
γ
2
ω
i
−
1
2
)
{
cos
(
ω
t
)
−
i
sin
(
ω
t
)
}
]
…
cos
(
−
ω
t
)
=
cos
(
ω
t
)
,
sin
(
−
ω
t
)
=
−
sin
(
ω
t
)
=
F
k
e
−
γ
t
[
−
(
γ
2
ω
i
+
1
2
)
cos
(
ω
t
)
−
(
γ
2
ω
i
+
1
2
)
i
sin
(
ω
t
)
+
(
γ
2
ω
i
−
1
2
)
cos
(
ω
t
)
−
(
γ
2
ω
i
−
1
2
)
i
sin
(
ω
t
)
]
=
F
k
e
−
γ
t
[
{
−
(
γ
2
ω
i
+
1
2
)
+
(
γ
2
ω
i
−
1
2
)
}
cos
(
ω
t
)
+
{
−
(
γ
2
ω
i
+
1
2
)
−
(
γ
2
ω
i
−
1
2
)
}
i
sin
(
ω
t
)
]
=
F
k
e
−
γ
t
{
−
cos
(
ω
t
)
−
γ
ω
i
i
sin
(
ω
t
)
}
=
−
F
k
e
−
γ
t
{
cos
(
ω
t
)
+
γ
ω
sin
(
ω
t
)
}
…
i
i
=
1
γ
ω
=
γ
|
γ
2
−
ω
0
2
|
…
ω
=
|
γ
2
−
ω
0
2
|
=
γ
ω
0
2
ω
0
2
|
γ
2
−
ω
0
2
|
=
γ
ω
0
2
|
γ
2
ω
0
2
−
ω
0
2
ω
0
2
|
=
γ
ω
0
|
ζ
2
−
1
|
…
ζ
=
γ
ω
0
=
ζ
|
ζ
2
−
1
|
…
ζ
=
γ
ω
0
逆ラプラス変換 第3項
F
m
C
5
L
−
1
[
1
s
]
=
F
m
1
ω
0
2
L
−
1
[
1
s
]
=
F
m
1
ω
0
2
⋅
1
…
L
−
1
[
1
s
]
=
1
=
F
k
…
ω
0
=
k
m
,
ω
0
2
=
k
m
,
m
ω
0
2
=
k
逆ラプラス変換 第1,2,3項
第
項
初
期
位
置
に
よ
る
振
動
第
項
初
期
速
度
に
よ
る
振
動
第
項
ス
テ
ッ
プ
入
力
に
よ
る
振
動
第
項
ス
テ
ッ
プ
入
力
に
よ
り
釣
り
合
い
位
置
が
変
化
第
項
初
期
位
置
と
釣
り
合
い
位
置
の
差
を
改
め
て
初
期
位
置
と
し
て
減
衰
振
動
第
項
初
期
速
度
に
よ
る
振
動
x
(
t
)
=
{
C
1
L
−
1
[
1
s
−
λ
1
]
+
C
2
L
−
1
[
1
s
−
λ
2
]
}
+
F
m
{
C
3
L
−
1
[
1
s
−
λ
1
]
+
C
4
L
−
1
[
1
s
−
λ
2
]
}
+
{
F
m
C
5
L
−
1
[
1
s
]
}
=
e
−
γ
t
{
x
0
cos
(
ω
t
)
+
v
0
+
γ
x
0
ω
sin
(
ω
t
)
}
−
F
k
e
−
γ
t
{
cos
(
ω
t
)
+
γ
ω
sin
(
ω
t
)
}
+
F
k
=
e
−
γ
t
{
x
0
cos
(
ω
t
)
+
v
0
+
γ
x
0
ω
sin
(
ω
t
)
}
+
F
k
[
1
−
e
−
γ
t
{
cos
(
ω
t
)
+
γ
ω
sin
(
ω
t
)
}
]
=
x
0
e
−
γ
t
{
cos
(
ω
t
)
+
γ
ω
sin
(
ω
t
)
}
+
v
0
e
−
γ
t
{
1
ω
sin
(
ω
t
)
}
+
F
k
[
1
−
e
−
γ
t
{
cos
(
ω
t
)
+
γ
ω
sin
(
ω
t
)
}
]
…
第
1
項
:
初
期
位
置
に
よ
る
振
動
,
第
2
項
:
初
期
速
度
に
よ
る
振
動
,
第
3
項
:
ス
テ
ッ
プ
入
力
に
よ
る
振
動
=
F
k
+
(
x
0
−
F
k
)
e
−
γ
t
{
cos
(
ω
t
)
+
γ
ω
sin
(
ω
t
)
}
+
v
0
e
−
γ
t
{
1
ω
sin
(
ω
t
)
}
…
第
1
項
:
ス
テ
ッ
プ
入
力
に
よ
り
釣
り
合
い
位
置
が
変
化
,
第
2
項
:
初
期
位
置
と
釣
り
合
い
位
置
の
差
を
改
め
て
初
期
位
置
と
し
て
減
衰
振
動
,
第
3
項
:
初
期
速
度
に
よ
る
振
動
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