Równania różniczkowe liniowe II rzędu

Podobne dokumenty
Wykład 3 Równania rózniczkowe cd

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Równania różniczkowe. Notatki z wykładu.

Wykład 14 i 15. Równania różniczkowe. Równanie o zmiennych rozdzielonych. Definicja 1. Równaniem różniczkowym zwyczajnym rzędu n nazywamy równanie

VI. Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów

Matematyka 2. Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

jest rozwiązaniem równania jednorodnego oraz dla pewnego to jest toŝsamościowo równe zeru.

5. Równania różniczkowe zwyczajne pierwszego rzędu

VII. Elementy teorii stabilności. Funkcja Lapunowa. 1. Stabilność w sensie Lapunowa.

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 1

1 Równania różniczkowe zwyczajne o rozdzielonych zmiennych

2. Kombinacja liniowa rozwiązań zeruje się w pewnym punkcie wtedy i tylko wtedy, gdy zeruje się w każdym punkcie.

Analiza matematyczna dla informatyków 3 Zajęcia 14

Wykład z równań różnicowych

Układy równań i równania wyższych rzędów

Równania różniczkowe liniowe rzędu pierwszego

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 2

Matematyka A kolokwium: godz. 18:05 20:00, 24 maja 2017 r. rozwiązania. ) zachodzi równość: x (t) ( 1 + x(t) 2)

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 5

Funkcje analityczne. Wykład 3. Funkcje holomorficzne. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2016/2017) z = x + iy A

Wykład z równań różnicowych

Rozwiązywanie zależności rekurencyjnych metodą równania charakterystycznego

1 Równania różniczkowe drugiego rzędu

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

Analiza matematyczna i algebra liniowa Elementy równań różniczkowych

Stabilność II Metody Lapunowa badania stabilności

Matematyka dyskretna dla informatyków

III. Układy liniowe równań różniczkowych. 1. Pojęcie stabilności rozwiązań.

przy warunkach początkowych: 0 = 0, 0 = 0

13 Równanie struny drgającej. Równanie przewodnictwa ciepła.

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE. Wiele obiektywnych prawidłowości przyrodniczych udaje się zapisać w postaci równości formalnej

III. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE

Metody numeryczne rozwiązywania równań różniczkowych

Zaawansowane metody numeryczne

Równania różniczkowe wyższych rzędów

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE

1 Równania różniczkowe zwyczajne

Tydzień nr 9-10 (16 maja - 29 maja), Równania różniczkowe, wartości własne, funkcja wykładnicza od operatora - Matematyka II 2010/2011L

UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

26. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE DRUGIEGO RZĘDU

Spis treści. Rozdział I. Wstęp do matematyki Rozdział II. Ciągi i szeregi... 44

PODSTAWY AUTOMATYKI. MATLAB - komputerowe środowisko obliczeń naukowoinżynierskich - podstawowe operacje na liczbach i macierzach.

27. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE CZĄSTKOWE

Równania różnicowe. Dodatkowo umawiamy się, że powyższy iloczyn po pustym zbiorze indeksów, czyli na przykład 0

2. Układy równań liniowych

Równania różniczkowe. Analiza Matematyczna. Aleksander Denisiuk

Metody numeryczne. Sformułowanie zagadnienia interpolacji

Przekształcenia całkowe. Wykład 1

1 Równania różniczkowe zwyczajne liniowe pierwszego rzędu

Temat wykładu: Równania różniczkowe. Anna Rajfura, Matematyka na kierunku Biologia w SGGW 1

Zaawansowane metody numeryczne Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 4. Równania różniczkowe zwyczajne podstawy teoretyczne

Wektory i wartości własne

Baza w jądrze i baza obrazu ( )

KURS LICZB ZESPOLONYCH

Funkcje wymierne. Funkcja homograficzna. Równania i nierówności wymierne.

a 11 a a 1n a 21 a a 2n... a m1 a m2... a mn x 1 x 2... x m ...

Wektory i wartości własne

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE. Marta Zelmańska

Równania różniczkowe wyższych rzędów

OPIS MODUŁ KSZTAŁCENIA (SYLABUS)

Liczby zespolone. x + 2 = 0.

Wstęp do równań różniczkowych

Rozwiązywanie równań nieliniowych

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2.1. Postać algebraiczna liczb zespolonych Postać trygonometryczna liczb zespolonych... 26

Liczby zespolone. Magdalena Nowak. 23 marca Uniwersytet Śląski

ROZWIĄZANIA I ODPOWIEDZI

Metody numeryczne I Równania nieliniowe

Z52: Algebra liniowa Zagadnienie: Zastosowania algebry liniowej Zadanie: Operatory różniczkowania, zagadnienie brzegowe.

Zaliczenie na ocenę 1 0,5 WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI

Własności wyznacznika

Układy równań liniowych

Przestrzenie wektorowe

Badanie stabilności liniowych układów sterowania

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA realizacja w roku akademickim 2016/2017

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Układ regulacji automatycznej (URA) kryteria stabilności

FUNKCJA LINIOWA, RÓWNANIA I UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

Wykład Ćwiczeni a 15 30

3. FUNKCJA LINIOWA. gdzie ; ół,.

E-N-1112-s1 MATEMATYKA Mathematics

Podstawowe struktury algebraiczne

Ciała i wielomiany 1. przez 1, i nazywamy jedynką, zaś element odwrotny do a 0 względem działania oznaczamy przez a 1, i nazywamy odwrotnością a);

Wstęp do analizy matematycznej

Algebra liniowa II. Lista 1. 1 u w 0 1 v 0 0 1

Równania różniczkowe zwyczajne analityczne metody rozwiazywania

V. Jednorodne układy równań różniczkowych liniowych o stałych współczynnikach

11 Równania różniczkowe cząstkowe. Równania różniczkowe cząstkowe pierwszego rzędu.

Wielomiany podstawowe wiadomości

Wstęp do równań różniczkowych

Wyk lad 11 1 Wektory i wartości w lasne

Równania różniczkowe. Równania różniczkowe zwyczajne rzędun,n 2. Małgorzata Wyrwas. Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

Dwie proste mogą być względem siebie prostopadłe, równoległe albo przecinać się pod kątem innym niż prosty..

Inżynieria Środowiska I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

- prędkość masy wynikająca z innych procesów, np. adwekcji, naprężeń itd.

Matematyka Dyskretna 2/2008 rozwiązania. x 2 = 5x 6 (1) s 1 = Aα 1 + Bβ 1. A + B = c 2 A + 3 B = d

Algebra abstrakcyjna

1 Całki funkcji wymiernych

Układy równań. Kinga Kolczyńska - Przybycień 22 marca Układ dwóch równań liniowych z dwiema niewiadomymi

Transkrypt:

Równania różniczkowe liniowe II rzędu Definicja równania różniczkowego liniowego II rzędu Warunki początkowe dla równania różniczkowego II rzędu Równania różniczkowe liniowe II rzędu jednorodne (krótko RRLJ2) Twierdzenie o istnieniu i jednoznaczności rozwiązania globalnego problemu początkowego dla RRLJ 2 : Dowód (idea) : równanie II rzędu zamienić na układ 2x2 równań I rzędu i skorzystać z twierdzenia Picarda o globalnym rozwiązaniu.

Postać rozwiązania ogólnego RRLJ2 Dowód: Problem: jak wyznaczyć dwa liniowo niezależne rozwiązania RRLJ2 (zbiór fundamentalny rozwiązań)? Odpowiedź jest znana tylko w bardzo szczególnych przypadkach, z których najważniejszy to RRLJ2 o stałych współczynnikach

Równania liniowe drugiego rzędu jednorodne o stałych współczynnikach Szukamy rozwiązań postaci gdzie r jest liczbą rzeczywistą, którą chcemy wyznaczyć. Wstawiamy y(t) do równania i otrzymujemy: Czyli szukane r musi spełniać równanie Równanie to nazywamy równaniem charakterystycznym, a jego prawą stronę wielomianem charakterystycznym danego równania Mamy trzy przypadki: Ponieważ wrońskian tych funkcji

to są one liniowo niezależne, więc rozwiązanie ogólne dane jest wzorem Ponieważ mamy tylko jeden pierwiastek, to mamy tylko jedno rozwiązanie postaci y t e. () rt 0 1 Drugiego rozwiązania szukamy w postaci Po podstawieniu do równania mamy rt 0 af '' e 0 f ( t) kt l gdzie k,l są dowolnymi stałymi. Przyjmujemy k=0 i l=1 i drugim rozwiązaniem jest () r y 0 2 t te t. Sprawdzamy liniową niezależność obu rozwiązań Czyli w tym przypadku ogólne rozwiązanie ma postać

Wówczas Krótka wycieczka w krainę rozwiązań zespolonych: jeżeli dla funkcji z( t) u( t) iv( t) zmiennej rzeczywistej o wartościach zespolonych określimy pochodną wzorem z '( t) u'( t) iv'( t), to możemy szukać rozwiązań zespolonych równań różniczkowych. Ta idea prowadzi do zaawansowanej teorii, ale tutaj wykorzystamy ją jedynie jako trik do uzyskania potrzebnych rozwiązań rzeczywistych. Zauważmy, że a) jeżeli z(t) jest rozwiązaniem zespolonym RRLJ2, to część rzeczywista i urojona są rozwiązaniami rzeczywistymi RRLJ2 b) podobnie jak w przypadku rzeczywistym, również dla r zespolonego mamy wzór ( e rt )' równania charakterystycznego, to RRLJ2, c) czyli część rzeczywista i urojona rt re, a stąd jeżeli r jest zespolonym pierwiastkiem rt e jest zespolonym rozwiązaniem rt e daje parę rozwiązań rzeczywistych Sprawdzamy czy są one liniowo niezależne. Czyli rozwiązanie ogólne dane jest wzorem

Równania II-go rzędu, niejednorodne (RRLN2) Dowód: opiera się na obserwacji, że różnica dwóch rozwiązań (RRLN) jest rozwiązaniem (RRLJ). UWAGA 1. Twierdzenie dotyczy RRL ze zmiennymi współczynnikami (nie tylko ze stałymi) UWAGA 2. To wersja znanego twierdzenia dla RRL I rzędu: ROLN = ROLJ+RSzN Problem: jak wyznaczyć RSzRN?

Metoda ogólna uzmiennianie stałych Szukamy RSzRN w postaci Obliczamy Przed policzeniem drugiej pochodnej y(t), w celu uproszczenia rachunków, zakładamy, że co daje pierwsze równanie. Przy tym założeniu liczymy drugą pochodną i wszystko wstawiamy do równania. Po wykonaniu rachunków i wykorzystaniu założeń mamy drugie równanie, które łącznie z pierwszym daje układ liniowy na niewiadome C 1 i C 2 Ponieważ wyznacznikiem głównym jest wrońskian fundamentalnego zbioru rozwiązań, to układ ma dokładnie jedno rozwiązanie. Czyli istnieje rozwiązanie w przewidywanej postaci (oczywiście trzeba jeszcze wyliczyć C 1 i C 2 ).

Metoda przewidywań wygodna, ale tylko do prawych stron specjalnej postaci UWAGA: to jest krótka forma zapisu metody przewidywań, co nie oznacza, że dla wszystkich czytelna. Warto zapoznać się z innymi sposobami zapisu dopuszczalnej prawej strony. Szczegóły na ćwiczeniach. Czas na przykłady!