Linjära system av differentialekvationer



Relevanta dokument
Linjära system av differentialekvationer

Linjära system av differentialekvationer

a n = A2 n + B4 n. { 2 = A + B 6 = 2A + 4B, S(5, 2) = S(4, 1) + 2S(4, 2) = 1 + 2(S(3, 1) + 2S(3, 2)) = 3 + 4(S(2, 1) + 2S(2, 2)) = = 15.

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) ,

SF1625 Envariabelanalys

Kontrollskrivning i Linjär algebra ,

SEPARABLA DIFFERENTIALEKVATIONER

Ekvationssystem, Matriser och Eliminationsmetoden

Institutionen för matematik Envariabelanalys 1. Jan Gelfgren Datum: Fredag 9/12, 2011 Tid: 9-15 Hjälpmedel: Inga (ej miniräknare)

3.1 Linjens ekvation med riktningskoefficient. y = kx + l.

x 2 + px = ( x + p 2 x 2 2x = ( x + 2

Ordinära differentialekvationer

Kapitel 6. f(x) = sin x. Figur 6.1: Funktionen sin x. 1 Oinas-Kukkonen m.fl. Kurs 6 kapitel 1

Lathund, procent med bråk, åk 8

Vi skall skriva uppsats

Laborativ matematik som bedömningsform. Per Berggren och Maria Lindroth

Två konstiga klockor

1 Navier-Stokes ekvationer

SF1620 Matematik och modeller

Väga paket och jämföra priser

Laboration 2 Ordinära differentialekvationer

LABORATIONSHÄFTE NUMERISKA METODER GRUNDKURS 1, 2D1210 LÄSÅRET 03/04. Laboration 3 3. Torsionssvängningar i en drivaxel

Sammanfattning av kursdag 2, i Stra ngna s och Eskilstuna

Modul 6: Integraler och tillämpningar

Matematik. Bedömningsanvisningar. Vårterminen 2009 ÄMNESPROV. Delprov B ÅRSKURS

DOP-matematik Copyright Tord Persson. Bråktal Läs av vilka tal på tallinjen, som pilarna pekar på. Uppgift nr

Funktioner och grafritning i Matlab

Svenska Du kan med flyt läsa texter som handlar om saker du känner till. Du använder metoder som fungerar. Du kan förstå vad du läser.

DEMONSTRATIONER MAGNETISM II. Helmholtzspolen Elektronstråle i magnetfält Bestämning av e/m

Erfarenheter från ett pilotprojekt med barn i åldrarna 1 5 år och deras lärare

Exempel på tentamensuppgifter i LMA100, del 1

konstanterna a och b så att ekvationssystemet x 2y = 1 2x + ay = b 2 a b

Skriva B gammalt nationellt prov

Algebra, polynom & andragradsekvationer en pampig rubrik på ett annars relativt obetydligt dokument

Träning i bevisföring

Möbiustransformationer.

4-6 Trianglar Namn:..

Energi & Miljötema Inrikting So - Kravmärkt

NATIONELLA MATEMATIKTÄVLING

Allmän teori, linjära system

Lab 31 - Lauekamera TFFM08 - Experimentell Fysik

Tränarguide del 1. Mattelek.

Observera att alla funktioner kan ritas, men endast linjära funktioner blir räta linjer.

TT091A, TVJ22A, NVJA02 By, Pu, Ti. 50 poäng

Hävarmen. Peter Kock

Tentamen TAIU07 Matematiska beräkningar med MATLAB för MI

OM KOMPLEXA TAL. 1 Om a är ett positivt reellt tal så betecknar a det positiva reella tal vars kvadrat är a men det är

Institutionen för Matematik TENTAMEN I LINJÄR ALGEBRA OCH NUMERISK ANALYS F1, TMA DAG: Fredag 26 augusti 2005 TID:

Boll-lek om normer. Nyckelord: likabehandling, hbt, normer/stereotyper, skolmiljö. Innehåll

L(9/G)MA10 Kombinatorik och geometri Gruppövning 1

ANVÄND NAVIGATIONEN I CAPITEX SÄLJSTÖD

9-1 Koordinatsystem och funktioner. Namn:

Anpassad symbolpalett till teknikövningar i OCAD. Installera symbolpaletten i din dator

Datorövning 3: Icke-parametriska test

Administrera utskick på utbildningstillfälle

Det är bra om även distriktsstyrelsen gör en presentation av sig själva på samma sätt som de andra.

Gemensam problemlösning. Per Berggren och Maria Lindroth

Måttbandet nr 143 januari 2007

Elektronen och laddning

PRÖVNINGSANVISNINGAR

Något om permutationer

Lathund till Annonsportalen

Manual för BPSD registret. Version 6 /

Översikt. Rapport från skolverket. Förändring av matematikprestationerna Grundtankar bakom Pixel

Ett arbete som inte blev riktigt som Ann tänkt sig!

DEMOKRATI 3 DEMOKRATINS VILLKOR

Föräldrabroschyr. Björkhagens skola - en skola med kunskap och hjärta. Vad ska barnen lära sig i skolan?

Subtraktion - Analys och bedömning av elevarbeten

Volymer av n dimensionella klot

LPP laboration. Förmågor: Centralt innehåll: Kunskapskrav:

INLÄMNINGSUPPGIFT 2 (Del 2, MATEMATISK STATISTIK) Kurs: MATEMATIK OCH MATEMATISK STATISTIK 6H3000

ATT KUNNA TILL. MA1050 Matte Grund Vuxenutbildningen Dennis Jonsson

Datorövning 2 Diskret fördelning och betingning

Boken om Teknik. Boken om Teknik är en grundbok i Teknik för åk 4 6.

Matlab övningsuppgifter

1. Frekvensfunktionen nedan är given. (3p)

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

Avsikt På ett lekfullt sätt färdighetsträna, utveckla elevers känsla för hur vårt talsystem är uppbyggt samt hitta mönster som uppkommer.

Sammanfatta era aktiviteter och effekten av dem i rutorna under punkt 1 på arbetsbladet.

Verksamhetsplan HT -09 och VT -10

TIMREDOVISNINGSSYSTEM

Efter att du har installerat ExyPlus Office med tillhörande kartpaket börjar du med att göra följande inställningar:

Linjära ekvationssystem

Examensarbete är det en kurs? Inst. för Samhällsbyggnad 2009

Sammanfattning på lättläst svenska

Kriterium Kvalitet 1 Kvalitet 2 Kvalitet 3 Kvalitet 4 Använda, Utveckla och uttrycka

Stockholms Tekniska Gymnasium Prov Fysik 2 Mekanik

STATISTIK. Statistik är: 1. Insamling av data 2. Analys av data 3. Presentation av data.

Koll på cashen - agera ekonomicoach!

ÄT RÄTT NÄR DU TRÄNAR

Facit med lösningsförslag kommer att anslås på vår hemsida Du kan dessutom få dem via e-post, se nedan.

I den här delen används inte räknare. Motivera alltid din slutsats med matematiska uttryck, figurer, förklaring el.dyl.

Tentamen i matematisk statistik (9MA241/9MA341/LIMAB6, STN2) kl 08-13

Användarmanual och policy för Göteborgs Evenemangskalender på goteborg.com

729G04 - Hemuppgift, Diskret matematik

Ha det kul med att förmedla och utveckla ett knepigt område!

Hur du arbetar med VFU-portfölj i Mondo. en lathund för student

Lösningar s. 8 Perspek9v s. 7

Sektionen för Beteendemedicinsk smärtbehandling

NATIONELLT KURSPROV I MATEMATIK KURS B HÖSTEN Tidsbunden del

Transkript:

CTH/GU LABORATION MVE0-0/03 Matematiska vetenskaper Linjära system av differentialekvationer Inledning Vi har i envariabelanalysen sett på allmäna system av differentialekvationer med begynnelsevillkor u = f(t,u), a t b u(a) = u a Nu skall vi studera lösningar till linjära system av differentialekvationer där A är en konstant matris. Sambandet mellan f och matrisen A ges av: f(t,u) = Au Det är enkelt att lösa det linjära systemet i Matlab med >> f=@(t,u)a*u >> t,u=ode(f,0,t,u0) Till skillnad från de flesta icke-linjära system så kan vi lösa de linjära systemen analytiskt (dvs. exakt) med den så kallade egenvärdesmetoden. Riktningsfält och fasporträtt För att få en lite bättre uppfattning av vilka egenskaper systemet u = Au har så skall vi titta närmare på högerledet: F(u) = Au. Funktionen F är exempel på en vektorvärd funktion och kallas vektorfält. För varje initialvärde till u (t) = Au(t) så har vi en (okänd) lösning u(t). Från differentialekvationen har vi u = Au = F(u) Vektorfältet F ger oss i varje punkt u den riktning i vilken lösningen förändras och dess längd förändringstakten. Genom att i ett lämpligt antal punkter u markera styrka och riktning för vektorn F(u) med en pil så får vi ett riktningsfält. Genom att rita upp detta riktningsfält får vi ungefärlig information om hur lösningen u(t) till ekvationen beter sig för samtliga möjliga startvärden. Vi kan alltså skapa kurvan u(t) genom att sätta pennan på den startpunkt vi önskar och sedan följa pilarna. För att rita vektorfält i planet använder vi kommandot quiver. Men först måste vi skapa ett gitter (grid) med de punkter i vilka vi vill sätta ut pilar (som beskriver vektorfältets storlek och riktning i respektive punkt).

Ytterligare ett exempel tar vi: Vi löser Om vi som exempel tar F(u) = (u u, u u ) kan vi rita riktningsfältet enligt >> u=linspace(-,,30); u=linspace(-,,30); >> U,U=meshgrid(u,u); >> F=@(u,u)u-u; F=@(u,u)u.*u; s=.; >> quiver(u,u,f(u,u),f(u,u),s) % s - skalfaktor som förlänger pilarna. >> axis(- - ) Vi kan också lägga till några strömlinjer (lösningsbanor) med funktionen streamline, som bygger på approximationen u(t + h) u(t) + hu (t) = u(t) + hf(u) vilket är Eulers metod på systemet u = F(u). >> s=-. -. 0.3 0.; % Första-koordinater för fyra startpunkter >> s=- - 0. 0.; % och deras andra-koordinater >> h=streamline(u,u,f(u,u),f(u,u),s,s) >> set(h, Color, r, LineWidth,) och får en bild där pilarnas riktning visar fältets riktning.. 0. 0 0... 0. 0 0.. där A =.9, u 0 =.0

En (numerisk) lösning får vi enligt >> A= -;- ; u0=.9;.0; >> F=@(t,u)A*u; >> t,u=ode(f,0 0,u0); Tidigare har vi främst ritat ut graferna för koordinatfunktionerna u (t) och u (t), men det är också naturligt att visualisera lösningen i ett fasporträtt där vi ritar u (t) mot u (t). Vi ritar in några sådana kurvor (banor) i ett riktningsfält: >> u=linspace(-,,30); u=linspace(-,,30); >> U,U=meshgrid(u,u); >> F=A(,)*U+A(,)*U; F=A(,)*U+A(,)*U; >> quiver(u,u,f,f,0.9) >> axis(- - ), hold on >> plot(u(:,),u(:,), r, LineWidth,) 3 0 0 3 Vi ser hur lösningarna u(t) följer fältets riktning. Uppgift. Betrakta begynnelsevärdesproblemet Rita riktningsfält och fasporträtt då 3 (a). A =, u 3 0 =, T = (b). A = 0 3, u 0 =, T = 6 3

3 Egenvärdesmetoden Antag att A är en diagonaliserbar -matris med en bas av egenvektorer v och v och med tillhörande egenvärden λ respektive λ. Då ges lösningen av formeln u(t) = c v e λ t + c v e λ t, där koefficienterna c och c bestäms av startvärdena. Vi sätter t = 0 och får u(0) = c v + c v = c v v. c Detta visar att c c = V u 0, ( ), där matrisen V = v v (kolonnerna är egenvektorerna till matrisen A). Uppgift. Undersök system u = Au för matriserna A nedan. Rita i samma graf egenvektorerna till A och jämför riktningfältets egenskaper med egenvektorerna och motsvarande egenvärden. Förklara sambandet mellan riktningsfältet och matrisens egenvärden och egenvektorer. När utgör origo en källa (alla lösningar strömmar från origo), en sänka (alla lösningar strömmar till origo), en sadelpunkt (lösningarna går mot origo men avviker sedan) eller en spiralpunkt (lösningarna går i spiral kring origo)? Den som inte orkar beräkna alla egenvärden och egenvektorer för hand kan använda kommandot eig som gör detta. Med V,D=eig(A) hamnar egenvärdena för matrisen A längs diagonalen i D och egenvektorerna blir kolonner i V. Rita också lösningen till differentialekvationen för några startvärden som ni hittar på själva. 3 (a). A = (b). A = (c). A = 3 3 (d). A = (e). A = 9 8

CTH/GU Uppföljning av LABORATION MVE0-0/03 Matematiska vetenskaper Målsättning Avsikten med laborationen är att åter se på system av differentialekvationer u = f(t,u) och då speciellt linjära sådana u = Au. Vi ritar riktningsfält och strömlinjer (vilket givetvis är intressant för både linjära och icke-linjära system). Vidare bestämmer vi egenvärden och egenvektorer med funktionen eig och ser hur vi kan använda dessa för att skriva upp formler för lösningar till linjära system av differentialekvationer. Kommentarer och förklaringar Förståelsen av detaljerna runt hur vi använder meshgrid och quiver får kanske vänta till kursen i flervariabelanalys. Då kommer vi rita grafer av funktioner av två variabler (funktionsytor) och lära oss allt om meshgrid. Med quiver(x,y,u,v,s) ritas en pil från punkten (x, y) i riktningen (u, v) och s är en skalfaktor för att få pilen lagom lång. När vi använder streamline för att rita strömlinjer väljer vi att använda en pekare till det grafiska objektet, så att vi sedan lätt kan sätta lämplig färg och tjocklek på kurvan. Vill vi rita fält i rummet använder vi meshgrid och quiver3. Strömlinjer ritar vi med streamline. 3 Lärandemål Efter denna laboration skall du kunna rita riktningsfält och strömlinjer till ett system av linjära differentialekvationer u = Au med meshgrid och quiver respektive streamline och ode beräkna egenvärden och egenvektorer till en matris A med eig lösa ett linjärt system u = Au med egenvärdesmetoden