(1)
入射波:y₁(x,t) = Asinω(t - x/v), v=√(S/μ)
透過波:y₂(x,t) = Bsinω(t - x/v'), v'=√(S/μ')
反射波:y₃(x,t) = Csinω(t + x/v)
とおきます。
x=0 において
y₁ + y₃ = y₂
↓
A + C = B …①
入射波の強さ(単位時間あたりに通過するエネルギー)
I₁ = 1/2 μω²A²v = 1/2 ω²√S・A²√μ
I₂ = 1/2 ω²√S・B²√μ'
I₃ = 1/2 ω²√S・C²√μ
エネルギー保存により
I₁ = I₂ + I₃
↓
√μ A² = √μ' B² + √μ C²
↓①を適用して
A - C = √(μ'/μ) B …②
①②連立により
B = 2√μ/(√μ+√μ')・A ⇒ T = B/A
C = (√μ - √μ')/(√μ+√μ')・A ⇒ R = |C|/A = |√μ - √μ'|/(√μ+√μ')
を得ます。※Rの分子には絶対値記号が必要であると思われます。
(2)
C<0 により
√μ - √μ' < 0
すなわち
μ < μ'
(3)
B > A となるのは
C = B - A > 0
すなわち
μ > μ'
単位時間あたりに通過するエネルギーは
振幅²×√(線密度)
に比例するので、透過波の振幅が入射波より大きくなっても、線密度が小さいのでエネルギー保存に矛盾することはない。