Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 2. O tym, co można rozwiazać analitycznie. P. F. Góra

Podobne dokumenty
Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 1. Równania różniczkowe zwyczajne podstawy teoretyczne. P. F. Góra

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

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 1

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

1 Równania różniczkowe zwyczajne

Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 1. Równania różniczkowe zwyczajne podstawy teoretyczne. P. F. Góra

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 2

Wykład 3 Równania rózniczkowe cd

27. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE CZĄSTKOWE

Definicje i przykłady

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 10. Dwupunktowe problemy brzegowe (BVP, Boundary Value Problems)

Wstęp do równań różniczkowych

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

5. Równania różniczkowe zwyczajne pierwszego rzędu

Równania różniczkowe wyższych rzędów

III. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

Wstęp do równań różniczkowych

Równania różniczkowe wyższych rzędów

1.1 Przegląd wybranych równań i modeli fizycznych. , u x1 x 2

1 Równania różniczkowe zwyczajne o rozdzielonych zmiennych

Kinematyka: opis ruchu

Wstęp do metod numerycznych Uwarunkowanie Eliminacja Gaussa. P. F. Góra

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

1 Równania różniczkowe drugiego rzędu

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

Równania różniczkowe. Analiza Matematyczna. Aleksander Denisiuk

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

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE. Marta Zelmańska

Równania różniczkowe liniowe rzędu pierwszego

Równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 1

Zadania do wykładu Jakościowa Teoria Równań Różniczkowych Zwyczajnych

Równania różniczkowe zwyczajne pierwszego rzędu, cd

II. Równania autonomiczne. 1. Podstawowe pojęcia.

Wstęp do metod numerycznych 14. Kilka wstępnych uwag na temat numerycznego rozwiazywania równań różniczkowych zwyczajnych

11 Równania różniczkowe cząstkowe. Równania różniczkowe cząstkowe pierwszego rzędu.

Matematyka 2. Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

Układy równań i równania wyższych rzędów

Równania różniczkowe. Notatki z wykładu.

Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 3. Metody Eulera, metody punktu środkowego i metody trapezowe

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

Wstęp do metod numerycznych Eliminacja Gaussa Równania macierzowe. P. F. Góra

Równania różniczkowe zwyczajne. 1 Rozwiązywanie równań różniczkowych pierwszego rzędu

Analiza matematyczna i algebra liniowa Elementy równań różniczkowych

Metody przybliżonego rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych

RÓŻNICZKOWANIE FUNKCJI WIELU ZMIENNYCH: rachunek pochodnych dla funkcji wektorowych. Pochodne cząstkowe funkcji rzeczywistej wielu zmiennych

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

ROZWIĄZANIA I ODPOWIEDZI

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE

Twierdzenie 2: Własności pola wskazujące na istnienie orbit

Rachunek różniczkowy i całkowy w przestrzeniach R n

1 Równanie różniczkowe pierwszego rzędu

Równania różniczkowe. Lista nr 2. Literatura: N.M. Matwiejew, Metody całkowania równań różniczkowych zwyczajnych.

Wykład z modelowania matematycznego.

Równania różniczkowe zwyczajne zadania z odpowiedziami

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

Równania różniczkowe. Równania różniczkowe zwyczajne rzędu pierwszego. Małgorzata Wyrwas

Metody numeryczne rozwiązywania równań różniczkowych

Zaawansowane metody numeryczne

Równanie przewodnictwa cieplnego (I)

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE zadania z odpowiedziami

Rachunek różniczkowy i całkowy 2016/17

Wstęp do metod numerycznych Rozwiazywanie równań algebraicznych. P. F. Góra

Równania różniczkowe zwyczajne

Analiza Matematyczna część 5

Równania różniczkowe cząstkowe B1 Streszczenia wykładów

Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 3. Metody Eulera, metody punktu środkowego i metody trapezowe

Zaawansowane metody numeryczne Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 5. Terminologia. Metody Eulera, metody punktu środkowego i metody trapezowe

Wykład z równań różnicowych

FUNKCJA KWADRATOWA. 1. Definicje i przydatne wzory. lub trójmianem kwadratowym nazywamy funkcję postaci: f(x) = ax 2 + bx + c

Równania różniczkowe zwyczajne

Równania różniczkowe liniowe II rzędu

6 Układy równań różniczkowych. Równania wyższych rzędów.

Uniwersytet Mikołaja Kopernika Wydział Matematyki i Informatyki

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 4

CAŁKI NIEOZNACZONE C R}.

13 Równanie struny drgającej. Równanie przewodnictwa ciepła.

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

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych

czyli o szukaniu miejsc zerowych, których nie ma

ELEKTROTECHNIKA Semestr 2 Rok akad / ZADANIA Z MATEMATYKI Zestaw Oblicz pochodne cząstkowe rzędu drugiego funkcji:

Maciej Grzesiak Instytut Matematyki Politechniki Poznańskiej. Całki nieoznaczone

1 Wiadomości wstępne z równań różniczkowych Podstawowe definicje Interpretacja geometryczna równania rzędu pierwszego...

numeryczne rozwiązywanie równań całkowych r i

ANALIZA MATEMATYCZNA

Wykład Matematyka A, I rok, egzamin ustny w sem. letnim r. ak. 2002/2003. Każdy zdający losuje jedno pytanie teoretyczne i jedno praktyczne.

Lista zadań nr 2 z Matematyki II

n=0 (n + r)a n x n+r 1 (n + r)(n + r 1)a n x n+r 2. Wykorzystując te obliczenia otrzymujemy, że lewa strona równania (1) jest równa

Wstęp do metod numerycznych Faktoryzacja QR i SVD. P. F. Góra

Analiza matematyczna dla informatyków 3 Zajęcia 14

1 Relacje i odwzorowania

Zaawansowane metody numeryczne Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 7a. Metody wielokrokowe

Metoda rozdzielania zmiennych

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

VI. Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów

Układy równań liniowych

1. Równanie różniczkowe pierwszego rzędu

Transkrypt:

Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 2. O tym, co można rozwiazać analitycznie P. F. Góra http://th-www.if.uj.edu.pl/zfs/gora/ 2010

Jeszcze o równaniach liniowych Rozważmy skalarne, jednorodne równanie liniowe a n (x) dn y n + a n 1(x) dn 1 y n 1 + + a 1(x) + a 0(x)y = 0, (1) gdzie a n (x) 0 dla 0 < x < X. Zauważmy, że operator L(x) = a n (x) dn n + a n 1(x) dn 1 n 1 + + a 1(x) d + a 0(x) (2) jest operatorem liniowym w pewnej przestrzeni funkcyjnej (takiej, aby wszystkie różniczkowania były dobrze określone). Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 2

Równanie (1) możemy zapisać jako L(x) y = 0. (3) Widzimy, że wszystkie liniowo niezależne rozwiazania (1) rozpinaja jadro (ang. kernel) operatora (2). Istniea meto znajwania analitycznych rozwiazań pewnych typów równań różniczkowych liniowych o nie-stałych współczynnikach. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 3

Układ równań liniowych Rozważmy problem Cauchy ego zawierajacy układ równań liniowych pierwszego rzędu: = A(x)y + q(x) (4) y(0) = y 0 gdzie y, y 0 R n, A R n n niekoniecznie jest macierza stała. Z układem tym zwiazany jest następujacy jednorodny problem macierzowy dy = A(x)Y Y(0) = I Y R n n zwane jest rozwiazaniem fundamentalnym równnia (4). (5) Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 4

Jeżeli macierz Y(x) jest odwracalna w pasie 0 < x < X, rozwiazanie niejednorodnego równania (4) dane jest w tym pasie przez x = Y(x) y 0 + x 0 Y 1 (x )q(x ) (6) Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 5

Punkty stacjonarne i stabilność Rozważmy autonomiczne równanie różniczkowe = f(y). (7) dt Punktem stacjonarnym równania (7) nazywam takie y, że f(y ) = 0. Punkt stacjonarny jest rozwiazaniem równania (7). Czy jest to rozwiazanie stabilne? Przyjmijmy y(t) = y + ε(t), ε 1. Wówczas z równania (7) otrzymujemy y dε dt = Jε, (8) gdzie J = f y=y. Rozwiazanie y = y jest stabilne, jeśli wszystkie wartości własne macierzy J maja mniejsze od zera części rzeczywiste. To znaczy takie, w którym prawa strona nie zalezy jawnie od zmiennej niezależnej. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 6

Klasyfikacja punktów stacjonarnych w R 2 (1) (2) (3) (4) (1) Re λ 1 < 0, Re λ 2 < 0 (ognisko przyciagaj ace) (2) Re λ 1 > 0, Re λ 2 > 0 (ognisko odpychajace) (3) Re λ 1 > 0, Re λ 2 < 0 (siodło) (4) Re λ 1 = Re λ 2 = 0 gdzie λ 1,2 oznaczaja wartości własne jakobianu J y. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 7

Lokalna teoria bifurkacji Rozważamy układ równań różniczkowych = f(y, r) (9) gdzie r jest pewnym parametrem. Niech y będzie punktem stacjonarnym tego równania, który może zależeć od r. Jeżeli przy pewnej wartości parametru r, jedna (lub więcej) wartość własna jakobianu w punkcie stacjonarnym ma zerowa część rzeczywista, zmienia się stabilność rozwiazań. Mówimy, że w takim punkcie dochodzi do bifurkacji. Najłatwiej prześledzić to na przykładach jednowymiarowych. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 8

Bifurkacja punktu siodłowego, bifurkacja styczna Rozważamy równanie = r + y2 (10) Jeżeli r < 0, sa dwa punkty stacjonarne: stabilny y = r i niestabilny y = r. Jeżeli r = 0, jest tylko jeden punkt stacjonarny y = 0, zwany punktem siodłowym. Jeżeli r > 0, nie ma punktów stabilnych. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 9

2 y * 1.5 1 0.5 0 r -0.5-1 -1.5-2 -1-0.5 0 0.5 1 Bifurkacja styczna. Diagram bifurkacyjny dla równania (10), pokazujacy stabilne i niestabilne punkty stacjonarne w zależności od parametru kontrolnego, r. Strzałki pokazuja asymptotyczne zachowanie rozwiazań w poszczególnych obszarach. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 10

Przykład Układ równań du = α u2 (11) dv = v (12) wykazuje bifurkację punktu siodłowego przy przejściu parametru α przez zero. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 11

Bifurkacja transkrytyczna Rozważmy równanie = ry y2 (13) Równanie to ma dwa punkty stacjonarne, y = 0 oraz y = r. Jeżeli r < 0, pierwszy z nich jest stabilny, drugi niestabilny. Jeżeli r > 0, pierwszy z nich jest niestabilny, drugi stabilny. Punkty stacjonarne zamieniaja się stabilnościa przy przejściu parametru r przez zero. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 12

2.0 y * 1.5 1.0 0.5 0.0 r -0.5-1.0-1.5-2.0-1.0-0.5 0.0 0.5 1.0 Bifurkacja transkrytyczna. Diagram bifurkacyjny dla równania (13), pokazujacy stabilne i niestabilne punkty stacjonarne w zależności od parametru kontrolnego, r. Strzałki pokazuja asymptotyczne zachowanie rozwiazań w poszczególnych obszarach. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 13

Bifurkacja rozszczepienia ( widelcowa, pitchfork) A. Przypadek nadkrytyczny (ang. supercritical): = ry y3 (14) Dla r < 0 istnieje tylko jeden punkt stacjonarny y = 0, który jest stabilny. Dla r > 0 ten punkt rozszczepia się na dwa stabilne punkty stacjonarne y = ± r. Punkt y = 0 nadal jest stacjonarny, ale staje się niestabilny. B. Przypadek podkrytyczny (ang. subcritical): = ry + y3 (15) Dla r < 0 istnieja trzy punkty stacjonarne: dwa niestabilne y = ± r oraz stabilny y = 0. Dla r > 0 istnieje tylko jeden punkt stacjonarny y = 0, niestabilny. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 14

Asymptotyczne zachowanie rozwiazań Rozważmy problem Cauchy ego odpowiadajacy bifurkacji nadkrytycznej: = ry y3 (16) y(0) = y 0 Jeżeli r < 0, to wszystkie trajektorie daż a do y = 0. Jeżeli r > 0, to trajektorie startujace z y 0 > 0 daż a do y = + r, trajektorie startujace z y 0 < 0 daż a do y = r. Trajektorie startujace z y 0 = 0 (punkt stacjonarny!) pozostaja w tym punkcie, ale uciekaja z niego przy dowolnie małym zaburzeniu. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 15

2.0 y * 1.5 1.0 0.5 0.0 r -0.5-1.0-1.5-2.0-1.0-0.5 0.0 0.5 1.0 Bifurkacja nadkrytyczna. Diagram bifurkacyjny dla równania (14), pokazujacy stabilne i niestabilne punkty stacjonarne w zależności od parametru kontrolnego, r. Strzałki pokazuja asymptotyczne zachowanie rozwiazań w poszczególnych obszarach. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 16

Ciekawszy jest problem Cauchy ego odpowiadajacy bifurkacji podkrytycznej: = ry + y3 (17) y(0) = y 0 Dla r < 0, trajektorie startujace z y 0 takiego, że y 0 < r, daż a do y = 0. Trajektorie z y 0 > r uciekaja do ±, w zależności o znaku warunku poczatkowego. Dla r > 0, trajektorie startujace z y 0 0 uciekaja do ±, w zależności od znaku warunku poczatkowego. We wszystkich przypadkach trajektorie startujace z niestabilnych punktów stacjonarnych, pozostaja na nich. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 17

2.0 y * 1.5 1.0 0.5 0.0 r -0.5-1.0-1.5-2.0-1.0-0.5 0.0 0.5 1.0 Bifurkacja podkrytyczna. Diagram bifurkacyjny dla równania (15), pokazujacy stabilne i niestabilne punkty stacjonarne w zależności od parametru kontrolnego, r. Strzałki pokazuja asymptotyczne zachowanie rozwiazań w poszczególnych obszarach. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 18

Nie ma ogólnych metod rozwiazywania nieliniowych równań różniczkowych. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 19

Równania o zmiennych rozdzielonych Równanie postaci (y, p, q R, zakładamy, że spełnione sa założenia twierdzenia Picarda) rozwiazujemy jako p(y) = = p(y)q(x) (18) q(x) + C (19) gdzie C jest stała całkowania. Wartość C wyznaczamy z warunków poczatkowych. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 20

Uwaga: Nie zwracamy uwagi, czy zależność y(x) można wyznaczyć z równania (19) w posób jawny. Wszystkie przypadki: = = 2yx = y(x) = y 0e x2 (20a) = 1 2y e y = y2 + e y = x + C (20b) 1 + 1 2 sin y = 1 + 1 2 sin y = x + C (20c) uznajemy za całkowalne w kwadraturach, mimo że y(x) jest w (20b) dana w sposób niejawny, a całka w (20c) jest nieelementarna. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 21

Przykład: Równanie logistyczne Rozpatrzmy problem Cauchy ego: = ry(y y) (r = const > 0, Y = const > 0) dt y(0) = y 0 > 0 (21) Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 22

Jest to równanie o zmiennych rozdzielonych. y(y y) = r dt 1 Y y + 1 Y Y y = rt + C 1 Y ln y 1 ln(y y) = rt + C Y y ln Y y = Y rt + Y C y Y y = C e Y rt y = Y C e Y rt 1 + C e = Y Y rt 1 + C e Y rt Stała C wyznaczam z warunku poczatkowego: y 0 = y(0) = Y 1 + C = C = Y y 0 y 0 Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 23

Ostatecznie y(t) = Y 1 + Y y 0 y e Y rt 0 3.0 Krzywa logistyczna 2.5 2.0 y(t) 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 t Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 24

Całkowanie metoda podstawiania Niekie równanie postaci = f(x, y) (22) daje się sprowadzić do rozwiazywalnej postaci metoda podstawiania. Przykład Rozpatruję równanie = f(ax + by + c) (23) Przyjmuję z = ax + by + c = dz = a + b. Wstawiaj ac to do (23) dostaję równanie o zmiennych rozdzielonych: dz = a + b f(z). (24) Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 25

Przykład Równanie = 1 + x + sin y cos y (25) daje się sprowadzić do prostej postaci po podstawieniu u = x+sin y = du = cos y + 1. Ostatecznie du = u. (26) Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 26

Równania jednorodne Równania postaci ( y ) = f (27) x całkuje się przez podstawienie y = xz. Wówczas = z + x dz. Podstawiaj ac do (27) dostaję równanie o zmiennych rozdzielonych dz = f(z) z x. (28) Także równania postaci = f ( ) a1 x + b 1 y + c 1 a 2 x + b 2 y + c 2 daje się sprowadzić do równania o zmiennych rozdzielonych. (29) Nie mylić z liniowymi równaniami jednorodnymi! Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 27

Równanie Bernoulliego + f(x)y = g(x)yn (30) Jeżeli n = 0 lub n = 1, równanie (30) jest liniowe. W przeciwnym wypadku używam podstawienia y 1 n = z (1 n)y n = dz = Równanie (30) przechodzi w równanie liniowe yn 1 n dz (31) dz + (1 n)f(x)z = (1 n)g(x)z. (32) Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 28

Równanie Riccatiego = a(x)y2 + b(x)y + c(x) (33) Twierdzenie 1. Jeżeli y 1 (x) jest rozwiazaniem szczególnym równania Ricatiego, to podstawienie y = y 1 (x) + 1 z sprowadza równanie (33) do równania liniowego (34) dz + (2a(x)y 1(x) + b(x))z = a(x). (35) Dowód jest prosty i polega na wykonaniu odpowiedniego podstawienia. Jeżeli Cγ(x) + δ(x) jest całka ogólna równania (35) (C jest stała dowolna), całka ogólna równania (33) jest 1 y(x) = y 1 (x) + Cγ(x) + δ(x). (36) Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 29

Równanie Clairauta y x ( f = 0 (37) gdzie f jest funkcja różniczkowalna, różna od stałej. Po zróżniczkowaniu (37) otrzymujemy d 2 y 2 [ x + f ( ) )] = 0 (38) a zatem albo y = 0, albo x+f ( y ) = 0. W pierwszym z tych wypadków jako rozwiazanie otrzymujemy rodzinę prostych y = cx + f(c), (39) drugi, wraz z równaniem rodziny prostych (39), daje obwiednię tej rodziny; to rozwiazanie zwane jest całka osobliwa. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 30

Przykład Rozwiazania równania y xy + 1 2 y 2 = 0 (40) sa proste Całka osobliwa musi spełniać y = cx 1 2 c2. (41) x + f (cx + f(c)) x c = 0 (42) Eliminujac c z (41),(42), otrzymujemy obwiednię Każda prosta (42) jest styczna do tej obwiedni. y = 1 2 x2. (43) Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 31

Pewne jedowymiarowe równania stopnia drugiego...... ważne ze względu na zastosowania w fizyce: 1. 2. d 2 y 2 = f(x) (44a) Daje się rozwiazać poprzez dwa całkowania, y = ( f(x) ) + c 1 x + c 2. d 2 y d 2 y 2 = f(y) (44b) ) 2, co prowadzi do równania o zmiennych rozdzielo- 2 = 1 2 d nych ( = ± 2 f(y) + c 1. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 32

3. 4. = p sprowadza to równanie do równania rzędu pierw- Podsatwienie szego. = q(y), skad otrzymujemy równanie rzędu pierw- Podstawiamy szego d 2 y 2 = f ( x, ) (44c) dp d 2 y 2 = f = f(x, p) ( y, ) (44d) q dq = f(y, q) Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 33

Całki pierwsze równania różniczkowego niezmienniki Niech dany będzie problem Cauchy ego = f(x, y) (45) y(0) = y 0 posiadajacy jednoznaczne rozwiazanie w pasie 0 x X; y, y 0, f R n. Całka pierwsza lub niezmiennikiem równania (45) nazywam dowolna funkcję Φ(x, y(x)) (46) która jest stała w pasie 0 x X, przy czym y(x) jest rozwiazaniem problemu (45). Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 34

Przykład Dany jest problem Cauchy ego ẋ = u (47a) u = ω 2 x (47b) z warunkami poczatkowymi x(0) = x 0, u(0) = u 0. Wówczas funkcja jest całka ruchu. Istotnie, H(x, u) = 1 2 u2 + 1 2 ω2 x 2 (48) Ḣ = u u + ω 2 xẋ = u( ω 2 x) + ω 2 xu = 0. (49) Wartość całki ruchu jest zadana przez warunki poczatkowe. Jeśli znamy całkę ruchu i warunki poczatkowe, moglibyśmy wyeliminować jedna zmienna Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 35

obniżyć stopień układu o jeden. (Gbyśmy znali dwie całki ruchu, moglibyśmy obniżyć stopień o dwa itd.) Kontynuujac poprzedni przykład, H(x(0), u(0)) = 1 2 u2 0 + 2 1 ω2 x 2 0 = E, a ponieważ wartość H(x, u) musi być zachowana, dostajemy u = ± 2E ω 2 x 2, (50) a zatem układ równań (47) sprowadza się do jednego równania ẋ = ± 2E ω 2 x 2. (51) Dowolność wyboru znaku w (51) odpowiada temu, że wyjściowy układ równań ma dwa niezależne rozwiazania. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 36

Całki ruchu (niezmienniki) pozwalaja obniżyć stopień układu równań. W praktyce numerycznej staramy się unikać takiego postępowania. Copyright c 2009-10 P. F. Góra 2 37