〔類題〕
六匹の虱A,B,C,D,E,Fが立方体の6頂点にいて、AはBの方に、BはCの方に、CはDの方に、DはEの方に、EはFの方に、FはAの方に動こうとしています。
各時刻において、すべての虱は、同じ速さで移動するものとします
(時刻が変われば、速さは変わるかもしれません)。
t=0 のとき A(1,1,1) B(-1,1,1) C(-1,-1,1) D(-1,-1,-1) E(1,-1,-1) F(1,1,-1)
として虱の軌跡を求む。
>>201 本問では時刻tは単なるパラメータで、軌跡に影響しないので、
Aの速度 = ω・AB↑
Bの速度 = ω・BC↑
Cの速度 = ω・CD↑
Dの速度 = ω・DE↑
Eの速度 = ω・EF↑
Fの速度 = ω・FA↑
としてよい。ω>0
A(f(t), g(t), h(t))とすると 対称性により
B (-h(t), f(t), g(t))
C (-g(t), -h(t), f(t))
D (-f(t), -g(t), -h(t))
E (h(t), -f(t), -g(t))
F (g(t), h(t), -f(t))
f '(t) = ω{-f(t) -h(t)},
g '(t) = ω{-g(t) +f(t)},
h '(t) = ω{-h(t) +g(t)},
初期条件 f(0) = g(0) = h(0) = 1,
これを解いて
f(t) = (1/3)exp(-2ωt) + (4/3)exp(-ωt/2)cos(cωt + π/3),
g(t) =-(1/3)exp(-2ωt) + (4/3)exp(-ωt/2)cos(cωt),
h(t) = (1/3)exp(-2ωt) + (4/3)exp(-ωt/2)cos(cωt - π/3),
c = (√3)/2,
∴ 原点に収束する。
EMPC
ALKJ
PWJS
>>202 マクローリン展開してみた。
f(t) = (1/3)exp(-2ωt) - (4/3)exp(-ωt/2)cos(cωt - 2π/3)
= exp(-ωt){f(0)φ0(ωt) - g(0)φ2(ωt) - h(0)φ1(ωt)},
g(t) =-(1/3)exp(-2ωt) + (4/3)exp(-ωt/2)cos(cωt)
= exp(-ωt){f(0)φ1(ωt) + g(0)φ0(ωt) - h(0)φ2(ωt)},
h(t) = (1/3)exp(-2ωt) - (4/3)exp(-ωt/2)cos(cωt + 2π/3)
= exp(-ωt){f(0)φ2(ωt) + g(0)φ1(ωt) + h(0)φ0(ωt)},
ここに
φ0(x) = Σ[k=0,∞) (-1)^k {1/(3k)!} x^(3k),
φ1(x) = Σ[k=0,∞) (-1)^k {1/(3k+1)!} x^(3k+1),
φ2(x) = Σ[k=0,∞) (-1)^k {1/(3k+2)!} x^(3k+2),
φ2 '= φ1, φ1 '= φ0, φ0 '= -φ2,