Veckans teman. Repetition av ordinära differentialekvationer ZC 1, 2.1-3, 4.1-6, 7.4-6, 8.1-3

Relevanta dokument
Dagens teman. Linjära ODE-system av ordning 1:

Högre ordnings ekvationer och system av 1:a ordningen

1 x dx Eftersom integrationskonstanten i (3) är irrelevant, kan vi använda oss av 1/x som integrerande faktor. Låt oss beräkna

SF1633, Differentialekvationer I Tentamen, torsdagen den 7 januari Lösningsförslag. Del I

Lösningsförslag till Tentamen, SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 1) 24 oktober 2014 kl 8:00-13:00.

KTH Matematik Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633.

Lösningsförslag till tentamen i SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 1)

Lösningsförslag, tentamen, Differentialekvationer och transformer II, del 1, för CTFYS2 och CMEDT3, SF1629, den 19 oktober 2011, kl. 8:00 13:00.

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206).

KTH Matematik Tentamensskrivning i Differentialekvationer och transformer III, SF1637.

Del I. Modul 1. Betrakta differentialekvationen

Lösning till tentamen i SF1633 Differentialekvationer I för BD, M och P, , kl

= e 2x. Integrering ger ye 2x = e 2x /2 + C, vilket kan skrivas y = 1/2 + Ce 2x. Här är C en godtycklig konstant.

= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

= 1, fallet x > 0 behandlas pga villkoret. x:x > 1

AB2.8: Laplacetransformation av derivator och integraler. Differentialekvationer

Sammanfattning av ordinära differentialekvationer

Lineära system av differentialekvationer

Kurs 5B1200, Sammanfattningar av lektioner för M2 läsåret 1998/99. Björn Gustafsson

dy dx = ex 2y 2x e y.

SF1635, Signaler och system I

ÖVN 2 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF1683. Inofficiella mål

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206). Webbaserad kurs i differentialekvationer I, SF1656.

= = i K = 0, K =

Lösningar till MVE017 Matematisk analys i en variabel för I x 3x y = x. 3x2 + 4.

y + 1 y + x 1 = 2x 1 z 1 dy = ln z 1 = x 2 + c z 1 = e x2 +c z 1 = Ce x2 z = Ce x Bestäm den allmänna lösningen till differentialekvationen

Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 23 oktober 2017 kl

1. (4p) Para ihop följande ekvationer med deras riktingsfält. 1. y = 2 + x y 2. y = 2y + x 2 e 2x 3. y = e x + 2y 4. y = 2 sin(x) y

Teori för linjära ordinära differentialkvationer med konstanta koefficienter

u(x) + xv(x) = 0 2u(x) + 3xv(x) = sin(x) xxx egentliga uppgifter xxx 1. Sök alla lösningar till den homogena differentialekvationen

y(0) = e + C e 1 = 1

Studietips inför kommande tentamen TEN1 inom kursen TNIU23

Linjära differentialekvationer av andra ordningen

(y 2 xy) dx + x 2 dy = 0 y(e) = e. = 2x + y y = 2x + 3y 2e 3t, = (x 2)(y 1) y = xy 4. = x 5 y 3 y = 2x y 3.

Lösningsförslag, Tentamen, Differentialekvationer och transformer II, del 2, för CTFYS2 och CMEDT3, SF1629, den 9 juni 2011, kl.

4x 2 dx = [polynomdivision] 2x x + 1 dx. (sin 2 (x) ) 2. = cos 2 (x) ) 2. t = cos(x),

ÖVN 6 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF Nyckelord och innehåll. a n (x x 0 ) n.

SVAR: Det är modell 1 som är rimlig för en avsvalningsprocess. Föremålets temperatur efter lång tid är 20 grader Celsius.

1 Diagonalisering av matriser

Föreläsningen ger en introduktion till differentialekvationer och behandlar stoff från delkapitel 18.1, 18.3 och 7.9 i Adams. 18.

Tentamen i matematik. f(x) = ln(ln(x)),

TATA42: Föreläsning 8 Linjära differentialekvationer av högre ordning

ODE av andra ordningen, och system av ODE

Lösningsförslag till tentamensskrivning i SF1633 Differentialekvationer I. Tisdagen den 7 januari 2014, kl

BEGREPPSMÄSSIGA PROBLEM

Lösningsförslag till tentamen i SF1683 och SF1629 (del 1) 18 december xy = y2 +1

Diagonalisering och linjära system ODE med konstanta koe cienter.

Vi betraktar homogena partiella differentialekvationer (PDE) av andra ordningen

Ordinära differentialekvationer

TATA42: Föreläsning 9 Linjära differentialekvationer av ännu högre ordning

Tentamen i matematik. f(x) = 1 + e x.

Lösningsförslag envariabelanalys

SF1635, Signaler och system I

TATA42: Föreläsning 7 Differentialekvationer av första ordningen och integralekvationer

Vi skalla främst utnyttja omskrivning av en matris för att löas ett system av differentialekvaioner. 2? Det är komplicerat att

1 dy. vilken kan skrivas (y + 3)(y 3) dx =1. Partialbråksuppdelning ger y y 3

Transformer och differentialekvationer (MVE100)

Lösningar till tentamen i Transformmetoder okt 2007

Crash Course Envarre2- Differentialekvationer

För startpopulationer lika med de stationära lösningarna kommer populationerna att förbli konstant.

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Lördagen den 11 januari, 2014

x(t) I elimeringsmetoden deriverar vi den första ekvationen och sätter in x 2(t) från den andra ekvationen:

Institutionen för matematik KTH. Tentamensskrivning, , kl B1210 och 5B1230 Matematik IV, för B, M, och I.

IV, SF1636(5B1210,5B1230).

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

Laboration 2 M0039M, VT2016

x 1(t) = x 2 (t) x 2(t) = x 1 (t)

Tentamen, Matematik påbyggnadskurs, 5B1304 fredag 20/ kl

Dagens tema. Fasplan(-rum), fasporträtt, stabilitet (forts.) (ZC sid 340-1, ZC10.2) Om högre ordnings system (Tillägg)

Alltså är {e 3t, e t } en bas för lösningsrummet, och den allmänna lösningen kan därmed skrivas

UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Pepe Winkler tel

Envariabelanalys 2, Föreläsning 8

(4 2) vilket ger t f. dy och X = 1 =

R LÖSNINGG. Låt. (ekv1) av ordning. x),... satisfierar (ekv1) C2,..., Det kan. Ekvationen y (x) har vi. för C =4 I grafen. 3x.

Oändligtdimensionella vektorrum

Tentamen, del 2 Lösningar DN1240 Numeriska metoder gk II F och CL

Preliminärt lösningsförslag till del I, v1.0

} + t { z t -1 - z t (16-8)t t = 4. d dt. (5 + t) da dt. {(5 + t)a} = 4(5 + t) + A = 4(5 + t),

Dagens ämnen. Linjära ekvationssystem: Successiv elimination Vektorer Definitionen Grundläggande räkneoperationer Bas och koordinater Ortsvektorer

Föreläsning 7. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 26 september Avdelningen för Reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

KTH Matematik SF1633 Differentialekvationer I, för I1 Kontrollskrivning nr 2, Måndag den 31 mars 2008, kl Version: A Namn:... Personnr:...

LÖSNINGAR TILL UPPGIFTER TILL RÄKNEÖVNING 1

x (t) = 2 1 u = Beräkna riktnings derivatan av f i punkten a i riktningen u, dvs.

Kunna definiera laplacetransformen för en kontinuerlig stokastisk variabel. Kunna definiera z-transformen för en diskret stokastisk variabel.

Partiella differentialekvationer av första ordningen

Tentamen, SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 2) 10 januari 2017 kl. 14:00-19:00. a+bx e x 2 dx

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i tmv036c och tmv035c, Analys och linjär algebra C för K, Kf och Bt A =, = det(a λi) = e 2t + c 2. x(t) = c 1. = c 1.

Vectorer, spannet av vektorer, lösningsmängd av ett ekvationssystem.

November 6, { b1 = k a

Rita även upp grafen till Fourierseriens summa på intervallet [ 2π, 3π], samt ange summans värde i punkterna π, 0, π, 2π. (5) S(t) = c n e int,

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen Fredagen den 23 oktober, 2009 DEL A

Tentamen, del 2 DN1240 Numeriska metoder gk II för F

Svar till övningar. Nanovetenskapliga tankeverktyg.

Spänningsfallet över ett motstånd med resistansen R är lika med R i(t)

SF1624 Algebra och geometri

Analys av jämviktslägen till differentialekvationer

d dx xy ( ) = y 2 x, som uppfyller villkoret y(1) = 1. x, 0 x<1, y(0) = 0. Bestäm även y( 2)., y(0) = 0 har entydig lösning.

Repetitionsuppgifter

Differentialekvationer av första ordningen

Transkript:

Veckans teman Repetition av ordinära differentialekvationer ZC 1, 2.1-3, 4.1-6, 7.4-6, 8.1-3

Ekvationstyper Första ordningen Separabla Högre ordning System Autonoma Linjära med konstanta koefficienter

Lösningsmetoder Första ordningen Separation Integrerande-faktor-metoden Linjära av högre ordning Reduktion av ordning Variation-av-parameterförfarandet Linjära med konstanta koefficienter Homogena fallet/karakteristisk ekvation Ansatsförfaranden Laplacetransformering System med konstanta koefficienter Homogena fallet/egenvärdesmetoden Variation-av-parameterförfarandet Laplacetransformering

Separabla ekvationer y (x) = f(x)g(y) Lösningsförfarande: Ekvationen är ekvivalent med att y = a, konstant, där a är 0-ställena till g(y) eller att 1 g(y) dy = f(x) dx.

Linjära ekvationer (ZC 2.3) y (x) + P(x) y(x) = f(x) (*) Lösningsförfarande: ( integrerande-faktor-metoden ) 1. Multiplicera ekv (*) med faktorn k(x) = exp P(t) dt Vänster led i ekvationen kommer då, eftersom k (x) = k(x) P(x), att ha formen k(x)y (x) + k (x) y(x) = (k(x) y(x)) 2. Integration av ekvationen (k(x) y(x)) = k(x) f(x) ger sedan y(x) = 1 k(x) x x k(t) f(t) dt (Funktionen k(x) kallas en integrerande faktor. Pga integrationskonstanten finns det alltid oändligt många sådana det räcker förstås att man väljer en av dem.)

Typisk ODE av ordning 1 y (x) = f(x, y(x)) med begynnelsevillkor: y(x 0 ) = y 0 (ZC1.2) Viktig sats: Existens o entydighetssatsen (Th1.1) Om f(x, y) och f y (x, y) är kontinuerliga så har begynnelsevärdesproblemet: y (x) = f(x, y(x)), y(x 0 ) = y 0 en och endast en lösning y(x) i varje fall i någon omgivning av x = x 0.

Typiskt ODE-system av ordning 1 x (t) = f(t, x(t)) med begynnelsevillkor: x(t 0 ) = x 0 Funktionerna x och f är vektorvärda, med värden i R n, t en reell variabel. Viktig sats: Existens o entydighetssatsen Om f(t, x) och f x (t, x) är kontinuerliga så har begynnelsevärdesproblemet: x (t) = f(t, x(t)), x(t 0 ) = x 0 en och endast en lösning x(t) i varje fall i någon omgivning av t = t 0.

Linjära system av ordning 1 På matrisform kan sådana skrivas: x (t) = Ax(t) + f(t). Homogena system f = 0, Allmänna system f godtyckligt. (H) (A) Vid begynnelsevärdesproblem är dessutom de n obekanta funktionernas värden kända i en begynnelsepunkt t = t 0 : x(t 0 ) = x 0.

Superpositionsegenskaper: (ZC 8.1) x 1 och x 2 lösningar till (H) x = c 1 x 1 + c 2 x 2 lösningar till (H) för godtyckliga konstanter c 1 och c 2. (Th 8.2) x 1 och x 2 lösningar till (A) x = x 1 x 2 lösning till (H). Om (H) har reella koefficienter: x = u + iv (u och v reella) en komplex lösning till (H) u och v lösningar till (H).

Lösningmängdernas struktur: (ZC 8.1) Allmän lösning till (H): (Th 8.5) x h = c 1 x 1 + c 2 x 2 + + c n x n, där x 1, x 2,, x n är n st linjärt oberoende lösningar till (H) och där c 1, c 2,, c n är godtyckliga konstanter. Allmän lösning till (A): (Th 8.6) x = x p + x h där x p är någon (vilken som helst) lösning till (A) och x h är den allmänna lösningen till motsvarande homogena ekvation.

En lösningsmetod (egenvärdesmetoden) för homogena system med konstanta koefficienter (ZC 8.2) Metoden bygger på ansatsen: x = k e λt, där k är en konstant vektor 0 och λ en konstant skalär (reell eller komplex). Ansatsen leder till följande villkor på λ: det(a λi) = 0,

och följande villkor på k: (A λi)k = 0, dvs. det linjära ekvationssystemet a 11 λ a 12 a 1n k 1 a 21 a 22 λ a 2n k 2 = a n1 a n2 a nn λ k n 0 0 0 Med hjälp av egenvärdesbestämningar kan alltid n st linjärt oberoende lösningar till (H) bestämmas. Typiska exempel: (i) ZC 8.2, ex.2 (reella enkla rötter till egenvärdesekvationen), (ii) ZC 8.2, ex. 6 (icke-reella enkla rötter till egenvärdesekvationen), och de mera ovanliga fallen: (iii) ZC 8.2, ex. 3 5 (multipla rötter till egenvärdesekvationen).

En annan metod (Laplacetransformering) x (t) = Ax(t) + f(t) s X (s) x(0) = AX(s) + F(s) (se A) X(s) = F(s) + x(0) X(s) = (se A) 1 (F(s) + x(0)) Återtransformering ger sedan x(t).

Variation-av-parametermetoden: (ZC 8.3) En metod för Bestämning av en partikulärlösning av allmänna linjära ODE-system: x (t) = Ax(t) + f(t), f godtyckligt. Man ansätter x(t) = Φ(t) U(t). Där Φ(t) är en fundamentalmatris, dvs. x 11 x 12 x 1n Φ(t) = x 21 x 22 x 2n, x n1 x n2 x nn där kolonnerna utgör n st linjärt oberoende lösningar till motsvarande homogena system av differentialekvationer. (I fallet med konstanta A kan en sådan i princip alltid bestämmas med egenvärdesmetoden.) Man får (ZC sid 356-357) att x(t) är en sådan lösning om och endast om U uppfyller villkoret U (t) = Φ 1 (t) f(t).

Egenskaper hos Laplacetransformen Funktion Transform f(t) F(s) af(t) + bg(t) af(s) + bg(s) e at f(t) F(s a) f(t a) u(t a), a > 0 e as F(s) f(at), a > 0 1 a F s a 1 a f t a, a > 0 F(as) t 0 (f * g)(t) F(s) G(s) d dt f(t) d dt t f(t) n f(t) t n f(t) f(τ) dτ, t > 0 s F(s) f(0) d ds F(s) s n F(s) s n 1 f(0) s n 2 f (0) s f (n 2) (0) f (n 1) (0) ( 1) n dn ds n F(s) F(s) s

Speciella transformer Funktion Transform δ(t) 1 1 1 s t 1 s2 t n n! s n+1 δ(t a), a > 0 e as u(t a), a > 0 e as s e at 1 s a e iat 1 s ia s cos (at) s 2 + a 2 sin (at) a s 2 + a 2