Wykład Analiza jakościowa równań różniczkowych

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

Rozwiązanie równań stanu dla układów liniowych - pola wektorowe

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 5

Wykład z modelowania matematycznego.

12. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH. z = x + y jest R 2, natomiast jej

Wartości i wektory własne

Macierze normalne. D : Dowolną macierz kwadratową można zapisać w postaci A = B + ic gdzie ( ) B = A + A B = A + A = ( A + A)

Równania różniczkowe

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

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 3

25. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE PIERWSZEGO RZĘDU. y +y tgx=sinx

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Programowanie nieliniowe optymalizacja funkcji wielu zmiennych

Funkcje wielu zmiennych

Zaawansowane metody numeryczne

Równania różniczkowe cząstkowe

Pochodna funkcji wykład 5

Wykład 3 Równania rózniczkowe cd

Stabilność II Metody Lapunowa badania stabilności

ϕ(t k ; p) dla pewnego cigu t k }.

Równania różniczkowe cząstkowe

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

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

Ekstrema funkcji dwóch zmiennych

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Równania różniczkowe liniowe rzędu pierwszego

Układy autonomiczne. Rozdział Stabilność w sensie Lapunowa. Przedmiotem analizy w tym rozdziale będą układy równań autonomicznych

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Uniwersytet Mikołaja Kopernika Wydział Matematyki i Informatyki

Formy kwadratowe. Rozdział 10

Lista nr 1 - Liczby zespolone

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE. Marta Zelmańska

Układy równań i równania wyższych rzędów

Pierwiastki kwadratowe z liczby zespolonej

Matematyka II: Zadania przed 3. terminem S tu niektóre zadania z egzaminu z rozwi zaniami i troch dodatkowych

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

f x f y f, jest 4, mianowicie f = f xx f xy f yx

Programowanie dynamiczne i modele rekurencyjne w ekonomii Wykład 2

Metody matematyczne w technologii materiałów Krzysztof Szyszkiewicz

Badanie stabilności liniowych układów sterowania

ROZWIĄZANIA I ODPOWIEDZI

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

Zadania do wykładu Jakościowa Teoria Równań Różniczkowych Zwyczajnych

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

Zastosowanie wykładników Lapunowa do badania stabilności sieci elektroenergetycznej

II. Równania autonomiczne. 1. Podstawowe pojęcia.

Liczby zespolone. Niech C = R 2. Zdefiniujmy dwa działania w C. Dodawanie + : C 2 C zdefiniowane jest przez

Metody Eulera i Eulera-Cauchy'ego rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych. y 3 := x 2 (1) ( ) Rozwiązanie dokładne równania (1) (2)

Zmienne losowe typu ciągłego. Parametry zmiennych losowych. Izolda Gorgol wyciąg z prezentacji (wykład III)

Lokalna odwracalność odwzorowań, odwzorowania uwikłane

Postać Jordana macierzy

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Matematyka 2. Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

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

Wektory. P. F. Góra. rok akademicki

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

Wektor, prosta, płaszczyzna; liniowa niezależność, rząd macierzy

Rozwiązywanie belek prostych i przegubowych wyznaczanie reakcji i wykresów sił przekrojowych 6

VI. Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów

czyli o szukaniu miejsc zerowych, których nie ma

Własności wyznacznika

Twierdzenie 2: Własności pola wskazujące na istnienie orbit

Przestrzenie liniowe w zadaniach

19. Wybrane układy regulacji Korekcja nieliniowa układów. Przykład K s 2. Rys Schemat blokowy układu oryginalnego

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

RZĘDU PIERWSZEGO. RÓWNANIE BERNOULLIEGO. RÓWNANIE JEDNORODNE. KRZYWE ORTOGONALNE. RÓWNANIE BERNOULLIEGO. Nieliniowe równanie różniczkowe Bernoulliego

[L] Rysunek Łuk wolnopodparty, paraboliczny wymiary, obciążenie, oznaczenia.

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

Równania liniowe. Rozdział Przekształcenia liniowe. Niech X oraz Y będą dwiema niepustymi przestrzeniami wektorowymi nad ciałem

Inżynieria Systemów Dynamicznych (4)

Zadania egzaminacyjne

3.3. UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH. Równanie liniowe z dwiema niewiadomymi. Równaniem liniowym z dwiema niewiadomymi x i y nazywamy równanie postaci

Przestrzenie wektorowe

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

Równania różniczkowe. Notatki z wykładu.

Ruch po równi pochyłej

11. CZWÓRNIKI KLASYFIKACJA, RÓWNANIA

Minimalizacja kosztów

SKRYPT Z MATEMATYKI. Wstęp do matematyki. Rafał Filipów Piotr Szuca

Analiza Matematyczna II.1, kolokwium rozwiazania 9 stycznia 2015, godz. 16:15 19:15

Przekształcanie równań stanu do postaci kanonicznej diagonalnej

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

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

DEFINICJE: Punkt, prosta, płaszczyzna i przestrzeń są pojęciami pierwotnymi przyjmowanymi bez definicji,

Przekształcenia liniowe

Wektory i wartości własne

dr Mariusz Grządziel 15,29 kwietnia 2014 Przestrzeń R k R k = R R... R k razy Elementy R k wektory;

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

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

MES polega na wyznaczaniu interesujących nas parametrów w skończonej ilości punktów. A co leży pomiędzy tymi punktami?

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

ELEMENTY ANALIZY NUMERYCZNEJ ELEMENTY ANALIZY NUMERYCZNEJ. Egzamin pisemny zestaw 1 24 czerwca 2019 roku

Funkcje wymierne. Funkcja homograficzna. Równania i nierówności wymierne.

Interpolacja. Układ. x exp. = y 1. = y 2. = y n

5. Równania różniczkowe zwyczajne pierwszego rzędu

13 Układy równań liniowych

Postać Jordana macierzy

Definicja wartości bezwzględnej. x < x y. x =

Wektory i wartości własne

Transkrypt:

Na podstawie książki J. Rusinka, Równania różniczkowe i różnicowe w zarządzaniu, Oficna Wdawnicza WSM, Warszawa 2005. 21 maja 2012

Definicja Stabilność Niech = F (x, ) będzie równaniem różniczkowm. Rozwiązanie = (x) układu nazwam stabilnm w sensie Lapunowa prz x x 0 wted i tlko wted, gd dla każdego ε > 0 istnieje taka δ > 0, że dla każdego rozwiązania = (x) tego układu spełnion jest warunek (x 0 ) (x 0 ) < δ x x 0 (x) (x) < ε.

Definicja Stabilność Rozwiązanie = (x) nazwam asmptotcznie stabilnm wted i tlko wted, gd jest stabilne w sensie Lapunowa i dla każdego rozwiązania = (x) spełnion jest warunek lim (x) x (x) = 0.

Przkład Stabilność Rozważm równanie różniczkowe = a. Rozwiązaniami równania spełniającmi warunek początkow odpowiednio 0 = (x 0 ), 0 = (x 0 ) są funkcje Zauważm, że (x) (x) = (x) = 0 e a(x x 0), (x) = 0 e a(x x 0). 0 e a(x x 0) 0 e a(x x 0) = 0 0 e a(x x 0).

Przkład cd Stabilność Jeśli a 0, to dla x x 0 mam (x) (x) 0 0, a więc spełnion jest warunek Lapunowa (z δ = ε). Ponadto, dla a < 0, mam lim (x) (x) = lim 0 x x 0 e a(x x 0) == 0 0 lim x ea(x x 0) = 0. Jeśli a > 0, to żadne rozwiązanie nie jest stabilne w sensie Lapunowa.

Przeanalizujem obecnie układ jednorodn [ dwóch ] równań różniczkowch a11 a = A, gdzie A = 12. Rozwiązanie a 21 2 22 układu jest postaci [ ] [ ] 11 (x) 12 (x) (x) = C 1 1 (x) + C 2 2 (x) = C 1 + C 21 (x) 2, 22 (x) [ ] [ ] 11 (x) 12 (x) gdzie wektor, są liniowo niezależne dla każdego 21 (x) 22 (x) x R. Zatem mam 1 (x) = C 1 11 (x) + C 2 12 (x), 2 (x) = C 1 21 (x) + C 2 22 (x). Krzwą w przestrzeni R 2 o przedstawieniu parametrcznm ( 1 (x), 2 (x)), gdzie x R nazwam orbitą. Rugując z rozwiązań zmienną niezależną x otrzmujem równanie orbit postaci H( 1, 2 ) = 0.

Analiza jakościowa układu dwóch równań o stałch współcznnikach. Zbadam zachowanie się punktu ( 1 (x), 2 (x)) leżącego na orbicie H( 1, 2 ) = 0, gd x +.

[ ] a11 a Załóżm, że macierz A = 12 jest nieosobliwa (obie a 21 a 22 wartości własne są różne od zera). Wielomian charakterstczn macierz A ma postać [ ] a11 λ a det 12 = λ 2 (a a 21 a 22 λ 11 + a 22 ) λ + a 11 a 22 a 12 a 21 = = λ 2 traλ + det A oraz = tr 2 A 4 det A.

Rozważam następujące przpadki. I. Oba pierwiastki są rzeczwiste, czli > 0.

I a) Oba pierwiastki są ujemne. Orbit są pokazane na rsunku 1.3. Położenie równowagi jest stabilne i asmptotcznie stabilne. Punkt równowagi jest nazwan w tm przpadku stabilnm węzłem.

I b) Oba pierwiastki są dodatnie. Orbit przedstawione są na rsunku 1.4. Położenie równowagi jest niestabilne. Punkt równowagi nazwa się niestabilnm węzłem. 2 1

I c) Jeden pierwiastek jest dodatni, a drugi jest ujemn. Punkt równowagi nazwa się siodłem. 2 1

Na jednej z prostch rozwiązanie prz x oddala się od punktu równowagi, na drugiej się przbliża. Na innch orbitach rozwiązanie przbliżają się do punktu (0, 0), ale potem się od niego oddala. Położenie równowagi nie jest stabilne.

II. < 0. Wielomian charakterstczn ma dwa pierwiastki zespolone sprzężone λ 1 = α + iβ, λ 2 = α iβ.

II a) tra = a 11 + a 22 < 0. Jedna z orbit przedstawiona jest na rsunku 1.6. Punkt na orbitach prz x zbiegają do punktu (0, 0). Położenie równowagi jest stabilne i asmptotcznie stabilne. Punkt równowagi nazwa się ogniskiem stabilnm. 2 1

II b) tra = a 11 + a 22 > 0. Jedna z orbit przedstawiona jest na rsunku 1.7. Punkt na orbitach prz x oddalają się od punktu (0, 0). Położenie równowagi jest niestabilne. Punkt równowagi nazwa się ogniskiem niestabilnm. 2 1

II c) tra = a 11 + a 22 = 0. Orbit przedstawione są na rsunku 1.8. Położenie równowagi jest stabilne, ale nie jest asmptotcznie stabilne. 2 1

III. = 0. Możliwe są czter przpadki.

III a) Macierz A ma jeden pierwiastek podwójn λ < 0 i dwa liniowo niezależne wektor własne. Układ równań można sprowadzić do dwóch niezależnch równań. Orbit przedstawione są na rsunku 1.9. Położenie równowagi jest asmptotcznie stabilne. Punkt równowagi nazwa się węzłem gwiaździstm stabilnm. 2 1

III b) Macierz A ma jeden pierwiastek podwójn λ > 0 i dwa liniowo niezależne wektor własne. Układ równań można sprowadzić do dwóch niezależnch równań. Orbit przedstawione są na rsunku 1.10. Położenie równowagi jest niestabilne. Punkt równowagi nazwa się węzłem gwiaździstm niestabilnm. 2 1

III c) Macierz A ma jeden pierwiastek podwójn λ < 0 i jeden wektor własn. Układu nie można sprowadzić do dwóch niezależnch równań. Orbit przedstawione są na rsunku 1.11. Położenie równowagi jest asmptotcznie stabilne. Punkt równowagi nazwam stabilnm węzłem zdegenerowanm. 2 1

III d) Macierz A ma jeden pierwiastek podwójn λ > 0 i jeden wektor własn. Układu równań nie można sprowadzić do dwóch niezależnch równań. Orbit przedstawione są na rsunku 1.12. Położenie równowagi jest niestabilne. Punkt równowagi nazwam niestabilnm węzłem zdegenerowanm. 2 1