Eulers equidimensionale differentialligning

Relaterede dokumenter
Hans J. Munkholm: En besvarelse af

MM501 forelæsningsslides

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

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

Lineære 2. ordens differentialligninger med konstante koefficienter

DesignMat Lineære differentialligninger I

DesignMat Lineære differentialligninger I

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

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

Ligninger med reelle løsninger

Andengradsligninger. Frank Nasser. 11. juli 2011

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

Andengradsligninger. Frank Nasser. 12. april 2011

Modulpakke 3: Lineære Ligningssystemer

Matematik A. Højere teknisk eksamen. Forberedelsesmateriale. htx112-mat/a

Lineære differentialligningers karakter og lineære 1. ordens differentialligninger

Lineære 1. ordens differentialligningssystemer

Polynomier af én variabel

Matematik A-niveau Delprøve 1

Andengradspolynomier - Gymnasienoter

Inden der siges noget om komplekse tal, vil der i dette afsnit blive gennemgået en smule teori om trigonometriske funktioner.

Diskriminantformlen. Frank Nasser. 11. juli 2011

Matematik 1 Semesteruge 5 6 (30. september oktober 2002) side 1. Komplekse tal Arbejdsplan

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

Mundtlige spørgsmål til 2v + 2b. mat B, sommer Nakskov Gymnasium & Hf.

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

Funktioner. 3. del Karsten Juul

Jeg foretager her en kort indføring af polynomier over såvel de reelle som

Grafmanipulation. Frank Nasser. 14. april 2011

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 6

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Forår - 6. Juni 2016

Polynomier. Indhold. Georg Mohr-Konkurrencen. 1 Polynomier 2. 2 Polynomiumsdivision 4. 3 Algebraens fundamentalsætning og rødder 6

Polynomier af én variabel

Komplekse tal. Mike Auerbach. Tornbjerg Gymnasium, Odense 2015

Komplekse tal. x 2 = 1 (2) eller

Eksamensspørgsmål til matematik B på HF Den juni eller 23 kursister. 1. Polynomier. 2. Polynomier.

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

Løsning af tredjegradsligningen Jens Siegstad, Kasper Fabæch Brandt og Jingyu She

DiMS 2010 Uge 7,

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

Algebra med Bea. Bea Kaae Smit. nøgleord andengradsligning, komplekse tal, ligningsløsning, ligningssystemer, nulreglen, reducering

Komplekse tal og algebraens fundamentalsætning.

Eksamensspørgsma l Mat B

Algebra. Dennis Pipenbring, 10. februar matx.dk

Noter om polynomier, Kirsten Rosenkilde, Marts Polynomier

Analyse 1, Prøve 2 Besvarelse

En sumformel eller to - om interferens

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui Polynomier opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

Matematik 1 Semesteruge 5 6 (1. oktober oktober 2001) side 1 Komplekse tal Arbejdsplan

Introduktion til Laplace transformen (Noter skrevet af Nikolaj Hess-Nielsen sidst revideret marts 2013)

BEVISER TIL KAPITEL 3

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Efterår - 8. Januar 2016

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 5

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 4

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2019

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

ADGANGSKURSUS AALBORG UNIVERSITET. Formelsamling. Brush-up Flex

Diffusionsligningen. Fællesprojekt for FY520 og MM502. Marts Hans J. Munkholm og Paolo Sibani. Besvarelse fra Hans J.

Eksamen i Matematik F2 d. 19. juni Opgave 2. Svar. Korte svar (ikke fuldstændige)

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

Eksamen i Calculus Tirsdag den 3. juni 2014

Differentialligninger. Ib Michelsen

MATEMATIK 3 EN,MP 17. september 2014 Oversigt nr. 1

Lineære 1. ordens differentialligningssystemer

Fysik 2 - Den Harmoniske Oscillator

Undervisningsbeskrivelse

Lineære 1. ordens differentialligningssystemer

Lektion 8 Differentialligninger

Nøgleord og begreber Komplekse tal Test komplekse tal Polære koordinater Kompleks polarform De Moivres sætning

Komplekse tal. enote Indledning

Formler, ligninger, funktioner og grafer

VUC Vestsjælland Syd, Slagelse Nr. 1 Institution: Projekt Trigonometri

Idenne note giver vi et eksempel på, hvorledes det er vigtigt at holde sig

Differentialkvotient af cosinus og sinus

Flere ligninger med flere ukendte

Undervisningsbeskrivelse

Matematik. 1 Matematiske symboler. Hayati Balo,AAMS. August, 2014

Lidt historisk om tredje- og fjerdegradsligningen

Studieretningsopgave

Undervisningsbeskrivelse

Førsteordens lineære differentialligninger

Opgave 1. Hvilket af følgende tal er størst? Opgave 2. Hvilket af følgende tal er mindst? Opgave 3. Hvilket af følgende tal er størst?

Institut for Matematik, DTU: Gymnasieopgave. I. De komplekse tals historie. Historien om 3. grads ligningerne

Fourier transformationen

Matematik projekt. Klasse: Sh-mab05. Fag: Matematik B. Projekt: Trigonometri

Bedste rette linje ved mindste kvadraters metode

Matematik B. Højere forberedelseseksamen. Fredag den 6. december 2013 kl hfe133-mat/b

Differentialregning. Ib Michelsen

Den harmoniske svingning

Egenskaber ved Krydsproduktet

Note om Laplace-transformationen

I kurset Samhørende og partielle differentialligninger vil vi i foråret 2006 benytte bogen

Differentialligninger nogle beviser og modeller

D = 0. Hvis rører parablen x- aksen i et enkelt punkt, dvs. den tilhørende andengradsligning

Skriftlig eksamen Vejledende besvarelse MATEMATIK B (MM02)

Komplekse tal. enote Indledning

Undervisningsbeskrivelse & Oversigt over rapporter

Om første og anden fundamentalform

Matematik A, STX. Vejledende eksamensopgaver

Transkript:

Eulers equidimensionale differentialligning Projektbesvarelse for MM501, udformet af Hans J. Munkholm Differentialligningen September-oktober 2009 For at kunne referere let og elegant gentages differentialligningen her: Delopgave A Bestem en anden grads ligning, t 2 y (t) + bt y (t) + c y(t) = 0, t > 0, (1) αr 2 + βr + γ = 0 (2) som tallet r opfylder hvis og kun hvis potensfunktionen t r er løsning til (1) Besvarelse: Da y(t) = t r har y (t) = rt r 1 og y (t) = (r 1)rt r 2, er t r løsning til (1) hvis og kun hvis der gælder t 2 (r 1)rt r 2 + bt rt r 1 + ct r = 0 Ved simple regnerier på venstresiden omskrives ligningen til (r(r 1) + br + c) t r = 0 Da t r aldrig bliver nul er den sidste ligning opfyldt hvis og kun hvis r(r 1) + br + c = 0, dvs hvis og kun hvis r 2 + (b 1)r + c = 0 (3) 1

Delopgave B Rødderne i ligningen (3) opdeler nu undersøgelsen i tre tilfælde: (I) Ligningen (3) har to forskellige reelle rødder. (II) Ligningen (3) har netop 1 reel rod. (III) Ligningen (3) har to forskellige ikke-reelle rødder. Bestem de betingelser på b og c, som svarer til hvert sit af de tre tilfælde. Gør rede for, at de to rødder i tilfælde III er konjugerede til hinanden. Besvarelse Diskriminanten for andengradspolynomiet (3) er Fra gymnasiet vides det da, at Tilfælde I indtræder, når D > 0 Tilfælde II indtræder, når D = 0 Tilfælde III indtræder, når D < 0. D = (b 1) 2 4c I tilfælde III er D > 0 så D er det rent imaginære tal i D. Så er rødderne i (3) b 1 D ± i (4) 2 2 Disse to komplekse tal afviger præcis ved fortegnsskift på deres imaginærdel, så de er hinandens konjugerede. 2

Delopgave C Bestem en formel for alle løsninger til (1) i tilfælde I. Besvarelse I tilfælde I er der to forskellige reelle rødder i (3), nemlig r 1 = b 1 2 + D 2, og r 1 = b 1 D 2 2. Resultatet fra delopgave A giver nu to løsninger til (1), nemlig y 1 (t) = t r 1, og y 2 (t) = t r 2 (5) Ingen af disse er nulfunktionen. De er heller ikke proportionale, så Sætning 0 giver os, at den fuldstændige løsning i tilfælde I er y(t) = At r 1 + Bt r 2, hvor A og B er vilkårlige reelle konstanter (6) 3

Delopgave D Bestem en formel for alle løsninger til (1) i tilfælde III. Besvarelse I formlen (4) simplificerer vi notationen ved at sætte k = b 1 2, ω = D 2 (7) så de to rødder er k ± iω Ifølge delopgave A har (1) den komplekse løsning t k+iω. Vi udregner realdelen og imaginærdelen af denne løsning ved at bruge formlerne fra slides uge 38, side 7 Re(t k+iω ) = t k cos(ω ln(t)), Im(t k+iω ) = t k sin(ω ln(t)) Sætning 1 garanterer, at disse to funktioner igen er løsninger til (1). Ingen af dem er nulfunktionen og de er ikke proportionale ( cosinus og sinus svinger ikke i takt ), kan vi bruge Sætning 0 til at konkludere, at den fuldstændige løsning til (1) i tilfælde III er givet ved formlen y(t) = At k cos(ω ln(t))+bt k sin(ω ln(t)) hvor A og B er vilkårlige reelle konstanter (8) 4

Delopgave E Denne delopgave omhandler tilfælde II, og r 1 betegner den enlige rod i (3). Eftervis, at funktionen t r1 ln(t) er løsning til (1). Bestem derefter en formel for alle løsninger til (1) i tilfælde II. Besvarelse Vi har løsningen y 1 (t) = t r 1 og skal vise, at y 2 (t) = y 1 (t) ln(t) også er en løsning. Vi udregner y 2(t) og y 2(t). y 2(t) = y 1(t) ln(t) + y 1(t), y t 2(t) = y 1(t) ln(t) + 2 y 1(t) y 1(t). t t 2 Vi indsætter i (1), og ganger ud. t 2 y 2(t) + bt y 2(t) + c y 2 (t) = t 2 y 1(t) ln(t) + 2ty 1(t) y 1 (t) + bty 1 (t) ln(t) + by 1 (t) + cy 1 (t) ln(t)) = (fortsættes) Vi samler nu alle led, der indeholder faktoren ln(t) og sætter denne faktor uden for en parentes. Parentesen giver alt i alt nul fordi y 1 (t) løser (1). (fortsat) = ( t 2 y 1(t) + bty 1(t) + cy 1 (t) ) ln(t) + 2ty 1(t) + (b 1)y 1 (t) = 2ty 1(t) + (b 1)y 1 (t) = (fortsættes) I dette udtryk indsættes formlen y 1 (t) = t r 1. Så får man (fortsat) = 2r 1 t r 1 + (b 1)t r 1 = 0 hvor det sidste lighedstegn gælder, fordi roden i (3) i dette tilfælde er r 1 = b 1 2. Hermed er det vist, at y 2 (t) faktisk er en løsning, og (den nu sædvanlige) anvendelse af Sætning 0 viser, at i tilfælde II er den fuldstændige løsning givet ved formlen y(t) = At r 1 + Bt r1 ln(t) hvor A og B er vilkårlige reelle konstanter (9) 5

Delopgave F Bestem løsningen til hvert af de to systemer t 2 y (t) 3t y (t) + 5yt = 0, y(1) = 1, y (1) = 0, (10) t 2 y (t) 3t y (t) + 4yt = 0, y(1) = 1, y (1) = 0. (11) Besvarelse for det første system Den tilhørende andengradsligning er r 2 4r + 5 = 0. Den har diskriminant D = ( 4) 2 4 5 = 4, så vi befinder os i tilfælde III. De to rødder i ligningen bliver 2 ± i. Vi har altså k = 2, ω = 1, så løsningsformlen fra delopgave D giver Dette giver ved differentiation y(t) = At 2 cos(ln(t)) + Bt 2 sin(ln(t). y (t) = 2At cos(ln(t)) + 2Bt sin(ln(t)) At sin(ln(t)) + Bt cos(ln(t)) Man udregner nu, at y(1) = A og y (1) = 2A + B. Når disse skal være hhv. 1 og 0, får man et ligningssystem til bestemmelse af A, B, nemlig A = 1 2A + B = 0 Det giver A = 1, B = 2, så den endelige løsning er y(t) = t 2 cos(ln(t)) 2t 2 sin(ln(t). Besvarelse for det andet system Den tilhørende andengradsligning er r 2 4r + 4 = 0. Den har diskriminant D = ( 4) 2 4 4 = 0, så vi befinder os i tilfælde II. Den enlige rod r 1 = 2. så løsningsformlen fra delopgave E giver y(t) = At 2 + Bt 2 ln(t). Dette giver ved differentiation y (t) = 2At + 2Bt ln(t) + Bt Man udregner nu, at y(1) = A og y (1) = 2A + B. Når disse skal være hhv. 1 og 0, får man et ligningssystem til bestemmelse af A, B, nemlig A = 1 2A + B = 0 Det giver A = 1, B = 2, så den endelige løsning er y(t) = t 2 2t 2 ln(t). 6