DiploMat 1 Inhomogene lineære differentialligninger



Relaterede dokumenter
DesignMat Lineære differentialligninger I

DesignMat Lineære differentialligninger I

DesignMat Uge 5 Systemer af lineære differentialligninger II

Nøgleord og begreber. Definition 15.1 Den lineære 1. ordens differentialligning er

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [LA] 15, 16, 17

Komplekse Tal. 20. november UNF Odense. Steen Thorbjørnsen Institut for Matematiske Fag Århus Universitet

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

1RWHWLOGLIIHUHQWLDOOLJQLQJHU

Nøgleord og begreber Separable ligninger 1. ordens lineær ligning August 2002, opgave 7 Rovdyr-Byttedyr system 1. ordens lineært system Opgave

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [DL] 1, 2

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

Modulpakke 3: Lineære Ligningssystemer

Bedste rette linje ved mindste kvadraters metode

BASE. Besvarelse til individuel skriftlig test

2. ordens differentialligninger. Svingninger.

Lektion 12. højere ordens lineære differentiallininger. homogene. inhomogene. eksempler

Lektion 13 Homogene lineære differentialligningssystemer

DESIGNMAT FORÅR 2012: UGESEDDEL Forberedelse Læs alle opgaverne fra tidligere ugesedler, og læg særlig mærke til dem du har spørgsmål til.

9.1 Egenværdier og egenvektorer

Hans J. Munkholm: En besvarelse af

t a l e n t c a m p d k Matematik Intro Mads Friis, stud.scient 27. oktober 2014 Slide 1/25

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 5

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui Polynomier opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

DesignMat Uge 11. Vektorrum

DesignMat Uge 11 Lineære afbildninger

DesignMat Uge 11 Vektorrum

Prøveeksamen december 2010 matematik studiet med svar

DesignMat Uge 2. Preben Alsholm. Efterår Lineære afbildninger. Preben Alsholm. Lineære afbildninger. Eksempel 2 på lineær.

Noter om polynomier, Kirsten Rosenkilde, Marts Polynomier

Fejlkorligerende køder Fejlkorrigerende koder

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

i x-aksens retning, så fås ). Forskriften for g fås altså ved i forskriften for f at udskifte alle forekomster af x med x x 0

MODUL 8. Differensligninger. Forfattere: Michael ELMEGÅRD & Øistein WIND-WILLASSEN. Modulet er baseret på noter af Peter BEELEN.

Komplekse tal og algebraens fundamentalsætning.

Polynomier et introforløb til TII

EKSAMENSOPGAVELØSNINGER CALCULUS 2 (2005) AUGUST 2006 AARHUS UNIVERSITET

Eksempel på 2-timersprøve 2 Løsninger

Opgave 6. Opgave 7. Opgave 8. Peter Harremoës Mat A delprøve med hjælpemidler 15 december 2015

Noter om Komplekse Vektorrum, Funktionsrum og Differentialligninger LinAlg 2004/05-Version af 16. Dec.

Det teknisk-naturvidenskabelige basisår Matematik 1A, Efterår 2005, Hold 3 Prøveopgave C

Lektion ordens lineære differentialligninger

DiploMat Løsninger til 4-timersprøven 4/6 2004

INFINITESIMALREGNING del 3 Differentialligninger Funktioner af flere variable Differentialligningssystemer x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

Chapter 3. Modulpakke 3: Egenværdier. 3.1 Indledning

DiploMat. Eksempel på 4-timersprøve.

Lineære 2. ordens differentialligninger med konstante koefficienter

Matematik A, vejledende opgave 2, ny ordning. Vejledende løsninger, Peter B. Delprøven uden hjælpemidler. Opgave 1. a) A= 6x 2 +12xdx = 2x 3 + 6x 2 2

Projekt 3.5 faktorisering af polynomier

Lineære ligningssystemer

Opgave nr. 1. Find det fjerde Taylorpolynomium. (nul). Opgave nr Lad der være givet et sædvanligt retvinklet koordinatsystem

DesignMat Uge 4 Systemer af lineære differentialligninger I

Opgaver til Maple kursus 2012

Projekt 3.1 Fjerdegradspolynomiets symmetri

Taylorudvikling I. 1 Taylorpolynomier. Preben Alsholm 3. november Definition af Taylorpolynomium

2.9. Dette er en god simpel projektion for områder nær Ækvator. Hvad er den inverse afbildning, f -1?

Fordybelsesprojekt Matematik 2, forår 2005 Potensrækker

Prøveeksamen MR1 januar 2008

Differensligninger og populationsstørrelser

Eksempel 9.1. Areal = (a 1 + b 1 )(a 2 + b 2 ) a 1 a 2 b 1 b 2 2a 2 b 1 = a 1 b 2 a 2 b 1 a 1 a 2 = b 1 b 2

DIFFERENTIALLIGNINGER NOTER TIL CALCULUS 2003 AARHUS UNIVERSITET

Komplekse tal og polynomier

TØ-opgaver til uge 45

Some like it HOT: Højere Ordens Tænkning med CAS

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

Førsteordens lineære differentialligninger

Lineære 1. ordens differentialligningssystemer

Matematik B1. Mike Auerbach. c h A H

Taylorpolynomier. Preben Alsholm. 17. april Taylorpolynomier. Funktion af ere variable. Preben Alsholm. Taylorpolynomier

Højere Teknisk Eksamen maj Matematik A. Forberedelsesmateriale til 5 timers skriftlig prøve NY ORDNING. Undervisningsministeriet

Den homogene ligning. Vi betragter den n te ordens, homogene, lineære differentialligning. d n y dt n. an 1 + any = 0 (1.2) dt. + a1 d n 1 y dt n 1

Polynomium Et polynomium. Nulpolynomiet Nulpolynomiet er funktionen der er konstant nul, dvs. P(x) = 0, og dets grad sættes per definition til.

Eksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet. 3.

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 4

Oversigt [S] 2.7, 2.9, 11.4

Stx matematik B december Delprøven med hjælpemidler

Den ideelle operationsforstærker.

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Undervisningsbeskrivelse

Matematik C. Cirkler. Skrevet af Jacob Larsen 3.år HTX Slagelse Udgivet i samarbejde med Martin Gyde Poulsen 3.år HTX Slagelse.

Besvarelser til de to blokke opgaver på Ugeseddel 7

Secret Sharing. Olav Geil Institut for Matematiske Fag Aalborg Universitet URL: olav.

Fordybelsesprojekt Analyse 2, forår 2012 Potensrækker

Kvadratiske matricer. enote Kvadratiske matricer

DOK DOK-facitliste 1. DOK-facitliste

Reeksamen i Calculus

Nogle didaktiske overvejelser vedrørende indledende undervisning i funktionsbegrebet i gymnasiet og nærværende hæftes nytte i så henseende.

Ang. skriftlig matematik B på hf

Differensligninger og populationsstørrelser

DesignMat Komplekse tal

Andengradspolynomier - Gymnasienoter

Reeksamen i Calculus

MM501 forelæsningsslides

Fejlkorligerende køder Fejlkorrigerende koder

Fononiske Båndgab. Køreplan Matematik 1 - FORÅR 2004

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Lineære 1. ordens differentialligningssystemer

Funktioner. 3. del Karsten Juul

Lineær uafhængighed 1. Lineær afbildninger 2. Spektralteori 3. Komplekse tal 4. Indeks 8. u 3 = u 1 + u 2 (3) V u3 =

Undervisningsbeskrivelse

Transkript:

DiploMat 1 Inhomogene lineære differentialligninger Preben Alsholm Uge Efterår 2008 1 Lineære Differentialligninger af anden orden 1.1 Den inhomogene ligning I Den inhomogene ligning I Vi betragter nu den inhomogene ligning ax 00 + bx 0 + cx (Inhomogen) og den tilsvarende homogene ligning ax 00 + bx 0 + cx = 0 (Homogen) Sætning 1. Lad ψ 1 og være løsninger til Inhomogen. Så er φ = ψ 1 en løsning til Homogen. Bevis. Vi har aψ1 00 1 + cψ 1 aψ2 00 2 + c Træk nederste ligning fra øverste: aψ1 00 + bψ0 1 + cψ 1 (aψ2 00 + bψ0 2 + c ) = q (t) q (t) = 0. Dvs. a (ψ 1 ) 00 + b (ψ 1 ) 0 + c (ψ 1 ) = 0. 1.2 Den inhomogene ligning II Den inhomogene ligning II Sætning 2. Lad ψ 1 være en løsning til Inhomogen og φ en løsning til Homogen. Så er = ψ 1 + φ en løsning til Inhomogen. Bevis. Vi har aψ1 00 1 + cψ 1 aφ 00 + bφ 0 + cφ = 0 1

Læg sammen: aψ 00 1 + bψ0 1 + cψ 1 + aφ00 + bφ 0 + cφ + 0. Dvs. a (ψ 1 + φ) 00 + b (ψ 1 + φ) 0 + c (ψ 1 + φ). Opskrift på fuldstændige løsning til Inhomogen. 1. Find den fuldstændige løsning til Homogen. Denne løsning vil indeholde to arbitrære konstanter. 2. Find bare én løsning til Inhomogen. En sådan løsning kaldes en partikulær løsning til Inhomogen. 3. Den fuldstændige løsning til Inhomogen er summen af den fundne partikulære løsning til Inhomogen og den fuldstændige løsning til Homogen. 1.3 Eksempel 1 Eksempel 1 Vi fan sidste gang, at den løsning til x 00 + 3x 0 + 2x = 20te 3t, der opfylder x (0) = 0, x 0 (0) = 4 5 er x (t) = t e 3t + 20 20 e t Den fuldstændige løsning til den tilsvarende homogene ligning er x (t) = c 1 e 2t + c 2 e t, hvor c 1, c 2 2 R. Altså er den fuldstændige løsning til den inhomogene ligning x (t) = t 20 e 3t + 20 e t + c 1 e 2t + c 2 e t hvor c 1, c 2 2 R. Dette kan skrives mere kompakt som x (t) = t 20 e 3t + c 1 e 2t + c 2 e t, hvor c 1, c 2 2 R. Bemærk, at x (t) = t 20 e 3t er en særlig simpel løsning til den inhomogene ligning. 1.4 Eksempel 2 Eksempel 2 Betragt differentialligningen x 00 + 3x 0 + 2x = 4t 2. Den fuldstændige løsning til den tilsvarende homogene ligning er x (t) = c 1 e 2t + c 2 e t, hvor c 1, c 2 2 R. En partikulær løsning er x (t) = 2t 2 6t + 7. Altså er den fuldstændige løsning til x 00 + 3x 0 + 2x = 4t 2 givet ved x (t) = 2t 2 6t + 7 + c 1 e 2t + c 2 e t hvor c 1, c 2 2 R. 2

1.5 Bestemmelse af en partikulær løsning Bestemmelse af en partikulær løsning Vi betragter nu den inhomogene ligning hvor højresiden har formen hvor Q (t) er et polynomium. ax 00 + bx 0 + cx q (t) = Q (t) e αt cos βt sin βt Vi ønsker at bestemme en partikulær løsning. Vi vil gøre en ansats (et kvalificeret gæt) om en løsnings form. Denne ansats vil indeholde en eller flere konstanter, der skal bestemmes ved indsættelse i differentialligningen. 1.6 Eksempel 3 Eksempel 3 Vi finder en partikulær løsning til x 00 + 3x 0 + 2x = 20te 3t. Karakterligningen har rødderne 2 og 1. Ansats: x p (t) = (At + B) e 3t d 2 (At 2 + B) e 3t + 3 d (At + B) e 3t + 2 (At + B) e 3t = 20te 3t Udregning og reduktion giver te 3t (20A) + e 3t (A + 20B) = 20te 3t Dette skal gælde for alle t 2 R. Vi må derfor forlange 20A = 20 og A + 20B = 0. Altså A = 1 og B = 20. En partikulær løsning er dermed x p (t) = t 20 e 3t. 3

1.7 Eksempel 4 Eksempel 4 Differentialligningen x 00 + 3x 0 + 2x = 4t 2 har samme homogene ligning som ovenfor. Ansats til en partikulær løsning: x p (t) = At 2 + Bt + C d 2 2 At 2 + Bt + C + 3 d At 2 + Bt + C + 2 At 2 + Bt + C = 4t 2 Udregning og reduktion giver: 2At 2 + (6A + 2B) t + 2A + 3B + 2C = 4t 2 Dette skal gælde for alle t 2 R. Vi må derfor forlange 2A = 4, 6A + 2B = 0 og 2A + 3B + 2C = 0. Altså A = 2, B = 6 og C = 7. En partikulær løsning er dermed x p (t) = 2t 2 6t + 7. 1.8 Skema til ansats Skema til ansats Q m (t) er et givet polynomium af grad m. P m (t) og R m (t) er polynomier af grad m, hvor samtlige led forekommer (med ubestemte koefficienter). Højre side Q m (t) Q m (t) e αt Q m (t) e αt cos βt (eller sin βt) Ansats t s P m (t) t s P m (t) e αt t s Pm (t) e αt cos βt +R m (t) e αt sin βt s skal vælges som det mindste hele ikke-negative tal ( s = 0, 1, 2, 3... ), som sikrer, at intet led i ansatsen løser den homogene ligning. 1. Eksempel 5 Eksempel 5 Differentialligningen x 00 + 3x 0 + 2x = 3e 2t har igen samme homogene ligning som tidligere. Da højresiden 3e 2t løser den homogene ligning må den basale ansats til en partikulær løsning x p (t) = Ae 2t modificeres til x p (t) = Ate 2t d 2 Ate 2t 2 + 3 d Ate 2t + 2Ate 2t = 3e 2t 4

Udregning og reduktion giver: Ae 2t = 3e 2t Vi må forlange, at A = 3 altså A = 3. En partikulær løsning er dermed x p (t) = 3te 2t. 1.10 Eksempel 6 Eksempel 6 Differentialligningen x 00 + 3x 0 + 2x = 10 cos t har samme homogene ligning som tidligere. Ansats til en partikulær løsning x p (t) = A cos t + B sin t. d Indsættelse: 2 (A cos t + B sin t) + 3 d 2 (A cos t + B sin t) + 2 (A cos t + B sin t) = 10 cos t. Udregning og reduktion giver (A + 3B) cos t + ( 3A + B) sin t = 10 cos t. Dette skal gælde for alle t 2 R. Vi må derfor forlange A + 3B = 10 og 3A + B = 0. Altså A = 1, B = 3. En partikulær løsning er dermed x p (t) = cos t + 3 sin t. 5