Envariabelanalys 2, Föreläsning 8

Relevanta dokument
TATA42: Föreläsning 8 Linjära differentialekvationer av högre ordning

TATA42: Föreläsning 9 Linjära differentialekvationer av ännu högre ordning

Linjära differentialekvationer av andra ordningen

Teori för linjära ordinära differentialkvationer med konstanta koefficienter

Sammanfattning av ordinära differentialekvationer

ÖVN 2 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF1683. Inofficiella mål

Lösningsförslag envariabelanalys

Kap 3.7, 17.8 Linjära differentialekvationer med konstanta koefficienter.

SF1625 Envariabelanalys

10.1 Linjära första ordningens differentialekvationer

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

ENVARIABELANALYS, DEL 2 TOMAS SJÖDIN

MA2001 Envariabelanalys 6 hp Mikael Hindgren Tisdagen den 9 januari Skrivtid:

TATA42: Föreläsning 7 Differentialekvationer av första ordningen och integralekvationer

Lösningsförslag, preliminär version 0.1, 23 januari 2018

MATEMATIK Chalmers tekniska högskola Tentamen , kl och v 4 =

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

Repetition, Envariabelanalys del

v0.2, Högskolan i Skövde Tentamen i matematik

Studietips inför kommande tentamen TEN1 inom kursen TNIU23

Preliminärt lösningsförslag till del I, v1.0

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

Prov i matematik Distans, Matematik A Analys UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen

Kontrollskrivning KS1T

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

M0043M Integralkalkyl och Linjär Algebra, H14, Integralkalkyl, Föreläsning 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

Envariabelanalys 2, Föreläsning 4

Crash Course Envarre2- Differentialekvationer

Ordinära differentialekvationer

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

MA2047 Algebra och diskret matematik

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

Meningslöst nonsens. December 14, 2014

ENDIMENSIONELL ANALYS A3/B kl INGA HJÄLPMEDEL. Lösningarna ska vara försedda med ordentliga motiveringar. lim

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Lineära system av differentialekvationer

3 differensekvationer med konstanta koefficienter.

b) (2p) Bestäm alla lösningar med avseende på z till ekvationen Uppgift 3. ( 4 poäng) a ) (2p) Lös följande differentialekvation ( y 4) y

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

Vi betraktar homogena partiella differentialekvationer (PDE) av andra ordningen

TNA004 Analys II Tentamen Lösningsskisser

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Onsdagen den 5 juni, 2013

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Lördagen den 11 januari, 2014

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

Lösningsförslag envariabelanalys

Läsanvisningar till kapitel

Besökstider: ca och 17.00

Dagens ämnen. Entydighet hos Taylor- och Maclaurinpolynom

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

POLYNOM OCH POLYNOMEKVATIONER

SF1626 Flervariabelanalys

= = i K = 0, K =

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

MA2001 Envariabelanalys

LMA515 Matematik, del B Sammanställning av lärmål

MA2018 Tillämpad Matematik III-ODE, 4.0hp,

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

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206).

Mer om generaliserad integral

Matematiska Institutionen L osningar till v arens lektionsproblem. Uppgifter till lektion 9:

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

Moment Viktiga exempel Övningsuppgifter. t 4 3t 2 +2 = 0. x 2 3x+2 = 0

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

Kapitel 5: Primitiva funktioner

MATEMATIK OCH MAT. STATISTIK 6H3000, 6L3000, 6H3011 TEN

Dagens teman. Linjära ODE-system av ordning 1:

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 12 januari 2015

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i Envariabelanalys 2

Stabilitet m.a.p. begynnelsedata

AB2.8: Laplacetransformation av derivator och integraler. Differentialekvationer

Tentamen, del 2 DN1240 Numeriska metoder gk II för F

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

SJÄLVSTÄNDIGA ARBETEN I MATEMATIK

Övningshäfte 3: Polynom och polynomekvationer

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

D 1 u(x, y) = e x (1 + x + y 2 ), D 2 u(x, y) = 2ye x + 1, (x, y) R 2.

av envariabelfunktionen g(t) och flervariabelfunktionen t = h(x, y) = x 2 + e y.)

Euklides algoritm för polynom

Sidor i boken KB 6, 66

Föreläsning 6. SF1625 Envariabelanalys. Hans Thunberg, 9 november 2018

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Milo Viviani MVE500, TKSAM-2

Tentamen: Lösningsförslag

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen

MA2001 Envariabelanalys 6 hp Mikael Hindgren Tisdagen den 12 januari 2016 Skrivtid:

i utvecklingen av (( x + x ) n för n =1,2,3º. = 0 där n = 1,2,3,

TNA004 Analys II. för ED, KTS, MT. Litteraturkommentarer till föreläsningarna

Vektorgeometri för gymnasister

Lösningsmetodik för FMAF01: Funktionsteori

Radien r och vinkeln θ för komplexa tal i polär form och potensform: KOMPLEXA TAL. ) (polär form) (potensform)

Läsanvisningar till kapitel 3

med angivande av definitionsmängd, asymptoter och lokala extrempunkter. x 2 e x =

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson, Sebastian Pöder

Transkript:

Envariabelanalys 2, Föreläsning 8 Tomas Sjödin Linköpings Universitet

Differentialoperatorer D: Dy = y, D 2 y = D(Dy) = D(y ) = y och så vidare. Även uttryck som (D β)(d α) = D 2 (α + β)d + αβ tolkas formellt (även komplexa α, β är o.k.). Andra ordnings differentialekvationer kan då skrivas p.f.: y + ay + by = p(d)y = g(x) (a, b R), där p(d) = D 2 + ad + b. Notera att p(d)(c 1 y 1 + c 2 y 2 ) = c 1 p(d)y 1 + c 2 p(d)y 2 om c 1, c 2 R, vilket säger att p(d) är en linjär avbildning.

Karaktäristiska ekvationen: p(r) = r 2 + ar + b = 0. Om denna har rötter α, β (som eventuellt är lika eller komplexa, och i det senare fallet är rötterna komplex-konjugat till varandra då vi har reella koefficienter), då kan vi skriva Så rent formellt har vi p(d) = (D α)(d β). p(d)y = (D α)(d β)y = 0, vilket ger (D β)y = C 1 e αx...

Högre ordnings konstant-koefficients ode Operator p(d) = D n + a n 1 D n 1 +... + a 1 D + a 0, Ekvation: p(d)y = g(x). Sats Om p(r) = r n + a n 1 r n 1 +... + a 1 r + a 0 = (r r 1 ) m 1 (r r 2 ) m2... (r r k ) m k, där r i r j om i j, så gäller att den allmänna lösningen till den homogena ekvationen p(d)y = 0 ges av y(x) = P 1 (x)e r 1x + P 2 (x)e r 2x +... + P k (x)e r kx, där P j :a är polynom av högst grad (m j 1).

Allmän struktur på lösning Sats Den allmänna lösningen till p(d)y = g(x) är på formen y = y h + y p där y h är den allmänna homogenlösningen och y p en partikulärlösning.

Exempel 1 Exempel 1: Hitta den allmänna lösningen till y (4) 2y (3) 3y + 4y + 4y = x 2 + 3x.

Exempel 2 Exempel 2: Hitta den allmänna lösningen till y (3) 9y + 27y 27y = x 2 e 3x.

Förskjutningsregeln p(d)(z(x)e kx ) = e kx p(d + k)z(x). Här menar vi alltså att på vänstersidan verkar p(d) på produkten z(x)e ax och på högersidan verkar p(d + k) bara på z(x).

Bevis av försjutningsregeln Notera att vi kan skriva p(d)(z(x)e kx ) = (D r 1 )(D r 2 ) (D r n )(z(x)e kx ), där r i :a inte nödvändigtvis är olika. Om vi då bara visar att (D r i )(z(x)e kx ) = e kx (D r i + k)z(x) så kan vi iterera detta resultat och får då det allmänna fallet. Men (D r i )(z(x)e kx ) = z (x)e kx +kz(x)e kx r i z(x)e kx = e kx (D r i +k)z(x), vilket visar påståendet. V.S.B.

Exempel 2 igen Exempel 2: Hitta den allmänna lösningen till y (3) 9y + 27y 27y = x 2 e 3x.

Exempel 3 Exempel 3: Hitta den allmänna lösningen till y (3) 9y + 27y 27y = cos x.

Partikuläransatser p(d)y = y (n) + c n 1 y (n 1) +... + c 1 y + c 0 y = g(x). g(x) polynom av grad m: Om k är det minsta talet sådant att c k 0 (om c k = 0 för alla k = 1,..., n 1 sätter vi k = n) då ansätter vi y p = a m x m+k + a m 1 x m+k 1 +... + a 0 x k. g(x) = q(x)e kx : Substituera y p = z(x)e kx och använd förskjutningsregeln för att bli av med e kx termen. Detta ger en ny ekvation för z: p(d + k)z = q(x) som vi förhoppningsvis kan hitta en partikulärlösning z p till. Då blir y p = z p e kx.

Partikuläransatser Om g(x) = A cos(kx) (alternativt g(x) = A sin(kx)) fungerar det oftast med ansatsen y p = a cos(kx) + b sin(kx). Notera dock att det kan hända att cos(kx) är en homogenlösning och då fungerar detta ej.

Linjäritet Om vi har ekvationen p(d)y = g 1 (x) + g 2 (x) +... + g k (x), då kan vi hitta en partikulärlösning p(d)y i = g i (x) för varje i och sedan sätta y p = y 1 + y 2 +... + y k.

Resonans De fall som är stökigast att hantera är fallet då g(x) på något sätt innehåller en homogenlösning till ekvationen. Om g(x) = q(x)e kx som ovan (där k eventuellt är komplext) då kan vi fortfarande substituera y p = z(x)e kx och använda förskjutningsregeln som tidigare. Detta fungerar bra även om e kx råkar vara en homogenlösning. Men vi kan även råka ut för detta om vi har t.ex. g(x) = q(x) cos(kx) (alternativt q(x) sin(kx)). Vi kan dock skriva om detta till komplex form: cos(kx) = Ree ikx (sin(kx) = Ime ikx ). Om vi istället hittar en partikulärlösning w p till ekvationen p(d)w = q(x)e ikx, då får vi en partikulärlösning via y p = Rew p (y p = Imw p ). Notera att detta dock bygger på att koefficienterna i p(d) är reella.

Eulerekvation Allmän form x n y (n) + c n 1 x n 1 y (n 1) +... + c 1 xy + c 0 y = f (x). Substitutionen t = ln(x) leder till en ekvation med konstanta koefficienter.

Exempel 4 Exempel 4: Hitta den allmänna lösningen till x 2 y 4xy + 6y = x 3.