CaputoD[f,{x,α}]
関数
のCaputo非整数階微積分
を与える.
CaputoD
CaputoD[f,{x,α}]
関数
のCaputo非整数階微積分
を与える.
詳細とオプション
- CaputoDは f のCaputo非整数階微積分として知られている.
- CaputoDはDを非整数階に一般化して微積分の微分と積分の概念を統一したものである.
- CaputoDは非整数階微分方程式について初期値問題を使ったシステムのモデリングに広く応用されている.
の
階の非整数階微分は
と定義される.ここで,
である.- 分数階微分は,以下で示す関数
とその分数階微分(階数
は
のとき
と定義される)のように整数階の微分の間を「補間」する. - Caputo非整数階微分は
を介してFractionalD (リーマン・リウヴィル(Riemann–Liouville)分数階微分)と関連がある. - 非整数階微分の階数 α は記号でも任意の実数でもよい.
- CaputoD[{array},{x,α}]はCaputoDを array の各要素に縫い込む.
- CaputoDは入力関数のパラメータについては異なるAssumptionsを取る.
- 与えられた変数
に明示的に依存しない式はどれも定数であると解釈される.
例題
すべて開く すべて閉じる例 (4)
二次関数のCaputo1/2階微分を x について計算する:
CaputoD[x^2, {x, 1 / 2}]二次関数の x についての任意階数のCaputo非整数階微分:
CaputoD[x^2, {x, α}]Plot[Evaluate[% /. α -> {0, 1 / 2, 9 / 10, 1}], {x, 0, 1}, Rule[...]]
正の値についての定数の x についてのCaput非整数階微分は0である:
CaputoD[c, {x, 2 / 3}]MittagLefflerEのCaputo非整数階微分:
CaputoD[MittagLefflerE[a, x], {x, 1 / 2}]スコープ (4)
Exp関数の x についてのCaputo非整数階微分:
CaputoD[Exp[x], {x, 1 / 2}]Sin関数の x についてのCaputo非整数階微分:
CaputoD[Sin[x], {x, 5 / 2}]%//FunctionExpand//FullSimplifyBesselJ関数のCaputo非整数階微分:
CaputoD[BesselJ[1 / 3, x], {x, 1 / 2}]一般系のCaputoD関数のラプラス変換:
LaplaceTransform[CaputoD[f[t], {t, 3 / 2}], t, s]Sinにこの式を適用する:
% /. {f[t_] -> Sin[t], f'[t_] -> Cos[t]}//SimplifySinのCaputoDにLaplaceTransformを適用して同じ結果を得る:
LaplaceTransform[CaputoD[Sin[t], {t, 3 / 2}], t, s]//FullSimplifyオプション (1)
Assumptions (1)
CaputoDはConditionalExpressionを返すことがある:
CaputoD[MittagLefflerE[a, x], {x, 1 / 2}]Assumptionsを使ってパラメータを制限すると出力が簡約される:
CaputoD[MittagLefflerE[a, x], {x, 1 / 2}, Assumptions -> {a > 0}]アプリケーション (8)
CaputoD[x ^ 3, {x, 1 / 2}]Caputo1/2階微分を繰り返して三次関数の通常の微分を得る:
CaputoD[%, {x, 1 / 2}]CaputoD[CaputoD[CaputoD[%, {x, -1 / 3}], {x, -1 / 3}], {x, -1 / 3}]sol = DSolve[CaputoD[y[x], {x, 1 / 2}] - y[x] == 0, y[x], x]sol = DSolve[{CaputoD[y[x], {x, 1 / 2}] - y[x] == 0, y[0] == 1 / 2}, y[x], x]Plot[Evaluate[y[x] /. sol[[1]]], {x, 0, 1}]sol = DSolve[{CaputoD[y[x], {x, 21 / 10}] + 10y[x] == 0, y[0] == 1, y'[0] == 0, y''[0] == 0}, y[x], x]Plot[y[x] /. %, {x, 0, 10}]DSolve[{CaputoD[y[x], {x, 1 / 2}] - CaputoD[y[x], {x, -1 / 2}] == 1, y[0] == 0}, y[x], x]階数が異なる2つのCaputo微分を含む微分方程式の非整数階微分を解く:
sol = DSolve[{CaputoD[y[x], {x, 3 / 4}] == -2CaputoD[y[x], {x, 1 / 2}] + y[x], y[0] == 1}, y[x], x]//FullSimplify関数のCaputoD非整数階微分を含む2つの微分方程式系を解く:
eqns = {CaputoD[x1[t], {t, 0.95}] == 2x1[t] - x2[t], CaputoD[x2[t], {t, 0.95}] == 4x1[t] - 3x2[t], x1[0] == 1.2, x2[0] == 4.2};
sol = DSolve[eqns, {x1, x2}, t]eqns /. sol//SimplifyParametricPlot[Evaluate[{x1[t], x2[t]} /. sol], {t, 0, 2}]B = {{0, 1}, {-1, 0}};
a = 16 / 17;
v = {-3, 5};
sol = DSolve[{CaputoD[x[t], {t, a}] == B. x[t], x[0] == v}, Element[x[t], Vectors[2]], t]Plot[Evaluate[x[t] /. sol[[1]]], {t, 0, 10}]ParametricPlot[Evaluate[x[t] /. sol[[1]]], {t, 0, 20}]B = {{-1, 0, 0}, {2, 1, -9}, {3, 6, 1}};
a = 0.95;
v = {-3, 5, 0};
sol = DSolve[{CaputoD[x[t], {t, a}] == B. x[t], x[0] == v}, Element[x[t], Vectors[3]], t]Plot[Evaluate[x[t] /. sol[[1]]], {t, 0, 1}]ParametricPlot3D[Evaluate[x[t] /. sol[[1]]], {t, 0, 1}]特性と関係 (7)
CaputoDはすべての実数
について定義される:
CaputoD[x ^ 2, {x, 4 / 5}]CaputoD[x ^ 2, {x, -4 / 5}]CaputoD[x ^ 2, {x, 0}]CaputoDは複素階数
については定義されない:
CaputoD[x ^ 2, {x, -4 / 5 + I}]定数のCaputo非整数階微分は,正の非整数階については0である:
CaputoD[c, {x, 1 / 2}]CaputoD[c, {x, α}]CaputoDは,すべての負の階数
についてFractionalDと一致する:
CaputoD[Sin[a x], {x, -1 / 2}]FractionalDの出力と比較する:
FractionalD[Sin[a x], {x, -1 / 2}]階数
を負の値に限定すると,CaputoDは自動的にFractionalDの出力を生成する:
CaputoD[Sin[a x], {x, α}, Assumptions -> {α < 0}]% /. α -> -1 / 2N[CaputoD[Sin[x]Cos[x - 1], {x, 1 / 2}] /. x -> 1 / 3]//AbsoluteTimingよりはやく数値計算を行うためにNCaputoD関数を使う:
NCaputoD[Sin[x]Cos[x - 1], {x, 1 / 2}, 1 / 3]//AbsoluteTiming考えられる問題 (1)
CaputoD非整数階微分は非整数階によっては定義されないかもしれない:
CaputoD[x^1 / 3, {x, 5 / 3}]CaputoD[x^1 / 3, {x, 2 / 3}]おもしろい例題 (1)
いくつかの特殊関数について,Caputo1/2階微分の表を作成する:
flist = {E ^ (x), x ^ 2, Sin[x], ArcTan[x], BesselJ[0, x], Hypergeometric1F1[a, b, x]};Grid[Join[{{f[x], Subsuperscript[D, x, α][f[x]]}}, Transpose[{flist, Map[CaputoD[#, {x, 1 / 2}]&, flist]}]], IconizedObject[«Grid options»]]//TraditionalForm//FullSimplifyテクニカルノート
-
▪
- 分数解微積分学
関連するガイド
-
▪
- 分数階微分積分
テキスト
Wolfram Research (2022), CaputoD, Wolfram言語関数, https://reference.wolfram.com/language/ref/CaputoD.html.
CMS
Wolfram Language. 2022. "CaputoD." Wolfram Language & System Documentation Center. Wolfram Research. https://reference.wolfram.com/language/ref/CaputoD.html.
APA
Wolfram Language. (2022). CaputoD. Wolfram Language & System Documentation Center. Retrieved from https://reference.wolfram.com/language/ref/CaputoD.html
BibTeX
@misc{reference.wolfram_2026_caputod, author="Wolfram Research", title="{CaputoD}", year="2022", howpublished="\url{https://reference.wolfram.com/language/ref/CaputoD.html}", note=[Accessed: 07-August-2026]}
BibLaTeX
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