Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 1



Podobne dokumenty
5. Równania różniczkowe zwyczajne pierwszego rzędu

III. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE

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

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

1 Równania różniczkowe zwyczajne

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Wykład 3 Równania rózniczkowe cd

Analiza matematyczna i algebra liniowa Elementy równań różniczkowych

Układy równań i równania wyższych rzędów

Matematyka 2. Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

1 Równania różniczkowe drugiego rzędu

1 Równanie różniczkowe pierwszego rzędu

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

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 1

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

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 2

Równania różniczkowe. Notatki z wykładu.

1. Równanie różniczkowe pierwszego rzędu

27. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE CZĄSTKOWE

Równania różniczkowe

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

4 Równania różniczkowe w postaci Leibniza, równania różniczkowe zupełne

Rachunek różniczkowy i całkowy w przestrzeniach R n

Równania różniczkowe liniowe rzędu pierwszego

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

Analiza matematyczna dla informatyków 3 Zajęcia 14

Równania różniczkowe zwyczajne. 1 Rozwiązywanie równań różniczkowych pierwszego rzędu

Równania różniczkowe liniowe II rzędu

Analiza Matematyczna część 5

Wstęp do równań różniczkowych

11 Równania różniczkowe cząstkowe. Równania różniczkowe cząstkowe pierwszego rzędu.

VI. Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów

Równania różniczkowe wyższych rzędów

Równania różniczkowe. Równania różniczkowe zwyczajne rzędu pierwszego. Małgorzata Wyrwas

Równania różniczkowe zwyczajne pierwszego rzędu, cd

Równania różniczkowe wyższych rzędów

Równania różniczkowe zwyczajne

Rachunek różniczkowy funkcji dwóch zmiennych

Liniowe równania ró»niczkowe n tego rz du o staªych wspóªczynnikach

Równania różniczkowe

Funkcja kwadratowa. f(x) = ax 2 + bx + c = a

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE. Marta Zelmańska

1. Wielomiany Podstawowe definicje i twierdzenia

Funkcja kwadratowa. f(x) = ax 2 + bx + c,

Definicje i przykłady

1 + x 1 x 1 + x + 1 x. dla x 0.. Korzystając z otrzymanego wykresu wyznaczyć funkcję g(m) wyrażającą liczbę pierwiastków równania.

Równania różniczkowe. Analiza Matematyczna. Aleksander Denisiuk

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

22 Pochodna funkcji definicja

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE

1 Równania różniczkowe zwyczajne o rozdzielonych zmiennych

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 4

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

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

Wstęp do równań różniczkowych

Całki krzywoliniowe. SNM - Elementy analizy wektorowej - 1

Równania różniczkowe zwyczajne

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

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

Równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu

Wykład 5. Zagadnienia omawiane na wykładzie w dniu r

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

Rozwiązywanie równań nieliniowych

Metody przybliżonego rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 wykład 13 (27 maja)

II. Równania autonomiczne. 1. Podstawowe pojęcia.

Aby przygotować się do kolokwiów oraz do egzaminów należy ponownie przeanalizować zadania

1 Elementy logiki i teorii mnogości

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 5

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych

Matematyka licea ogólnokształcące, technika

1 Równania różniczkowe zwyczajne liniowe pierwszego rzędu

1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną?

Wykład 15. Matematyka 3, semestr zimowy 2011/ listopada 2011

Treści programowe. Matematyka 1. Efekty kształcenia. Literatura. Warunki zaliczenia. Ogólne własności funkcji. Definicja 1. Funkcje elementarne.

4 Równania różniczkowe w postaci Leibniza, równania różniczkowe zupełne

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

Wstęp do analizy matematycznej

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

Rachunek różniczkowy i całkowy 2016/17

y(t) = y 0 + R sin t, t R. z(t) = h 2π t

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

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

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

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

Lista zadań nr 2 z Matematyki II

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

13 Równanie struny drgającej. Równanie przewodnictwa ciepła.

13. Równania różniczkowe - rozwiązywanie

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

ZAKRESY NATERIAŁU Z-1:

Funkcje dwóch zmiennych

2 Równania różniczkowe zwyczajne o rozdzielonych zmiennych

ROZWIĄZANIA I ODPOWIEDZI

1 Równania nieliniowe

III. Funkcje rzeczywiste

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

Wprowadzenie Metoda bisekcji Metoda regula falsi Metoda siecznych Metoda stycznych RÓWNANIA NIELINIOWE

Transkrypt:

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 1 Równania różniczkowe pierwszego rzędu Równaniem różniczkowym zwyczajnym pierwszego rzędu nazywamy równanie postaci (R) y = f(x, y). Najogólniejszą formą równania różniczkowego pierwszego rzędu jest równanie postaci F (x, y, y ) = 0. Jak widać wiąże ono zmienną niezależną x, zmienną zależną y i jej pierwszą pochodną y. Funkcję y(x) nazywamy rozwiązaniem na przedziale (a, b) równania różniczkowego (R), jeżeli na tym przedziale jest różniczkowalna i zamienia równanie w tożsamość y (x) = f(x, y(x)). Wykres rozwiązania równania różniczkowego nazywamy jego krzywą całkową. Równanie różniczkowe (R) oraz warunek (W ) y(x 0 ) = y 0 nazywamy zagadnieniem początkowym lub zagadnieniem Cauchy ego. Zagadnienie początkowe będziemy zapisywali w postaci (RW ) y = f(x, y), y(x 0 ) = y 0. Liczby x 0 i y 0 nazywamy wartościami początkowymi. Funkcję y(x) nazywamy rozwiązaniem zagadnienia początkowego (RW ), jeżeli jest rozwiązaniem równania (R) na pewnym przedziale zawierającym punkt x 0 i spełnia warunek (W ).

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 2 W interpretacji geometrycznej, rozwiązanie zagadnienia początkowego polega na wskazaniu wśród krzywych całkowych równania (R) tej, która przechodzi przez punkt (x 0, y 0 ). Zagadnienie początkowe niekoniecznie musi mieć tylko jedno rozwiązanie. Twierdzenie Jeżeli funkcja f(x, y) oraz jej pochodna cząstkowa f y (x, y) są ciągłe na obszarze D R2 oraz (x 0, y 0 ) D, to zagadnienie początkowe (RW ) ma dokładnie jedno rozwiązanie.

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 3 Równania różniczkowe o zmiennych rozdzielonych Równanie różniczkowe, które można zapisać w postaci (S) y = g(x)h(y), nazywamy równaniem o zmiennych rozdzielonych. Jeżeli funkcje g(x) i h(y) są ciągłe, przy czym h(y) 0 dla każdego y, to całka równania różniczkowego o zmiennych rozdzielonych (S) dana jest wzorem gdzie C jest dowolną stałą rzeczywistą. dy h(y) = g(x)dx + C, Czyli równanie o zmiennych rozdzielonych rozwiązujemy całkując obustronnie jego formę różniczkową. Twierdzenie (istnienie i jednoznaczność rozwiązań równania (S)) Jeżeli funkcje g(x) i h(y) są ciągłe odpowiednio na przedziałach (a, b) i (c, d), przy czym h(y) 0 dla y (c, d) oraz jeżeli x 0 (a, b), y 0 (c, d), to zagadnienie początkowe y = g(x)h(y), y(x 0 ) = y 0, ma dokładnie jedno rozwiązanie. Czyli przez każdy punkt (x 0, y 0 ) prostokąta (a, b) (c, d) przechodzi dokładnie jedna krzywa całkowa równania y = g(x)h(y).

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 4 Równania różniczkowe jednorodne Równanie różniczkowe, które można zapisać w postaci ( ) y (J) y = g, x nazywamy równaniem jednorodnym. Równanie jednorodne (J) przez zamianę zmiennych y = ux sprowadza się do równania o zmiennych rozdzielonych postaci xu = g(u) u. Twierdzenie (istnienie i jednoznaczność rozwiązań równania (J)) Jeżeli funkcja g(u) jest ciągła na przedziale (a, b) i spełnia tam warunek g(u) u, to zagadnienie początkowe gdzie a < y 0 x 0 ( ) y y = g, y(x 0 ) = y 0, x < b, ma dokładnie jedno rozwiązanie.

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 5 Równania różniczkowe liniowe pierwszego rzędu Równanie różniczkowe, które można zapisać w postaci (L) y + p(x)y = q(x), nazywamy równaniem różniczkowym liniowym pierwszego rzędu. Jeżeli q(x) 0, to równanie nazywamy równaniem różniczkowym liniowym niejednorodnym. W przeciwnym przypadku nazywamy je równaniem różniczkowym liniowym jednorodnym. Schemat poszukiwania rozwiązania Szukamy rozwiązania ogólnego y o (x) rówania jednorodnego Szukamy rozwiązania szczególnego y s (x) równania niejednorodnego Rozwiązaniem ogólnym równania niejednorodnego jest y(x) = y o (x) + y s (x) Korzystamy z warunków początkowych, o ile są dane w treści zadania Twierdzenie (istnienie i jednoznaczność rozwiązań równania (L)) Jeżeli funkcje p(x) i q(x) są ciągłe na przedziale (a, b) oraz x 0 (a, b), y o R, to zagadnienie początkowe y + p(x)y = q(x), y(x 0 ) = y 0, ma dokładnie jedno rozwiązanie. Rozwiązanie to jest określone na przedziale (a, b). Inaczej mówiąc, przez każdy punkt (x 0, y 0 ) pasa (a, b) R przechodzi dokładnie jedna krzywa całkowa równania różniczkowego liniowego. Metoda uzmienniania stałej Sposoby rozwiązywania Istotą metody uzmienniania stałej jest założenie, że rozwiązanie równania różniczkowego niejednorodnego można przedstawić w postaci y s (x) = c(x)exp( p(x)dx),

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 6 gdzie c(x) jest odpowiednio dobraną funkcją różniczkowalną. Metoda przewidywań Metodę tę stosujemy w przypadku równania różniczkowego liniowego o stałych współczynnikach, czyli (Ls) y + py = q(x). o odpowiedniej postaci funkcji q(x), tzn. gdy q(x) = e ax P n (x), to przewidywane rozwiązanie szczególne ma postać e ax Q n (x) y s (x) = xe ax Q n (x) p a p = a gdzie P n (x) jest wielomianem stopnia n, a Q n (x) jest postacią ogólną tego wielomianu; q(x) = (k 1 cos bx + k 2 sin bx)e ax, to przewidywane rozwiązanie szczególne ma postać, y s (x) = (m 1 cos bx + m 2 sin bx)e ax, gdzie k 1, k 2 są stałymi, a m 1, m 2 są stałymi w postaci ogólnej.

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 7 Równanie Bernoulliego Równanie różniczkowe, które można zapisać w postaci (B) y + p(x)y = h(x)y r, gdzie r R \ {0, 1}, nazywamy równaniem Bernoulliego. Równanie różniczkowe (B) sprowadza się do równania różniczkowego liniowego niejednorodnego przez zamianę zmiennych: z = y 1 r.

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 8 Równanie zupełne, Czynnik całkujący Równanie różniczkowe pierwszego rzędu postaci y = f(x, y) można zapisać w postaci dy = f(x, y)dx, gdzie dy = y dx oznacza różniczkę funkcji y = y(x). Równanie to jest szczególnym przypadkiem równania postaci P (x, y)dx + Q(x, y)dy = 0, w którym P i Q oznaczają funkcje określone w pewnym obszarze Ω R 2. Jeżeli forma P (x, y)dx + Q(x, y)dy, zwana formą Pfaffa, jest różniczką pewnej funkcji dwu zmiennych, to równanie P (x, y)dx + Q(x, y)dy = 0 nazywamy równaniem różniczkowym zupełnym. Twierdzenie Jeżeli funkcje P i Q mają pochodne cząstkowe ciągłe w jednospójnym obszarze Ω, to warunkiem koniecznym i dostatecznym na to, by równanie P (x, y)dx + Q(x, y)dy = 0 było równaniem zupełnym jest warunek Twierdzenie P y = Q x. Jeżeli forma P (x, y)dx + Q(x, y)dy jest w pewnym obszarze Ω różniczką zupełną funkcji f, to rozwiązaniem ogólnym równania różniczkowego zupełnego P (x, y)dx + Q(x, y)dy = 0 jest jednoparametrowa rodzina funkcji uwikłanych, określona za pomocą równania f(x, y) = c, gdzie c jest dowolną stałą. Jeżeli istnieje tak funkcja µ określona w obszarze Ω, że równanie µ(x, y)p (x, y)dx + µ(x, y)q(x, y)dy = 0

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 9 jest równaniem zupełnym, to funkcję µ nazywamy czynnikiem całkującym równania różniczkowego P (x, y)dx + Q(x, y)dy = 0, tzn. Będziemy rozpatrywali dwa przypadki. (µp ) y = (µq) x Funkcje P i Q mają pochodne cząstkowe ciągłe w jednospójnym obszarze Ω. ( 1 P Niech Q(x, y) 0 oraz Q y Q ) jest funkcją zmiennej x, to istnieje czynnik x całkujący określony równością µ(x) = exp { ( 1 Q Niech P (x, y) 0 oraz P x P ) y całkujący określony równością µ(y) = exp { 1 Q 1 P. ( P y Q ) dx}. x jest funkcją zmiennej y, to istnieje czynnik ( Q x P ) dy}. y

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 10 Równania różniczkowe drugiego rzędu Równaniem różniczkowym zwyczajnym drugiego rzędu nazywamy równanie postaci (RR) y = f(x, y, y ). Najogólniejszą formą równania różniczkowego drugiego rzędu jest równanie postaci F (x, y, y, y ) = 0. Jak widać wiąże ono zmienną niezależną x, zmienną zależną y i jej dwoma pochodnymi y, y. Funkcję y(x) nazywamy rozwiązaniem na przedziale (a, b) równania różniczkowego (RR), jeżeli na tym przedziale jest ona dwukrotnie różniczkowalna i zamienia równanie w tożsamość y (x) = f(x, y(x), y (x)). Wykres rozwiązania równania różniczkowego nazywamy jego krzywą całkową. Równanie różniczkowe (RR) oraz warunki (W ) y(x 0 ) = y 0, y (x 0 ) = y 1 nazywamy zagadnieniem początkowym lub zagadnieniem Cauchy ego. Zagadnienie początkowe będziemy zapisywali w postaci (RW ) y = f(x, y, y ), y(x 0 ) = y 0, y (x 0 ) = y 1. Liczby x 0, y 0 i y 1 nazywamy wartościami początkowymi. Funkcję y(x) nazywamy rozwiązaniem zagadnienia początkowego (RW ), jeżeli jest rozwiązaniem równania (RR) na pewnym przedziale zawierającym punkt x 0 i spełnia warunek (W ).

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 11 Równania różniczkowe liniowe drugiego rzędu Równanie różniczkowe drugiego rzędu, które można zapisać w postaci (L) y + p(x)y + h(x)y = q(x), nazywamy równaniem liniowym drugiego rzędu. Funkcje p(x), h(x) nazywamy współczynnikami, a funkcję q(x) wyrazem wolnym tego równania. Jeżeli q(x) 0, to równanie nazywamy równaniem liniowym niejednorodnym. W przeciwnym przypadku nazywamy je równaniem liniowym jednorodnym. Twierdzenie (istnienie i jednoznaczność rozwiązań równania (L)) Jeżeli funkcje p(x), h(x) i q(x) są ciągłe na przedziale (a, b) oraz x 0 (a, b), y 0, y 1 R, to zagadnienie początkowe y + p(x)y + h(x)y = q(x), y(x 0 ) = y 0, y (x 0 ) = y 1 ma dokładnie jedno rozwiązanie. Rozwiązanie to jest określone na przedziale (a, b). Inaczej mówiąc, przez każdy punkt pasa (a, b) R przechodzi dokładnie jedna krzywa całkowa równania różniczkowego liniowego (L) o podanym współczynniku kierunkowym stycznej. Jeżeli funkcje ϕ(x) i ψ(x) są rozwiązaniami równania liniowego jednorodnego y + p(x)y + h(x)y = 0, to dla dowolnych liczb rzeczywistych α, β funkcja y(x) = αϕ(x) + βψ(x) jest także rozwiązaniem tego równania. Parę rozwiązań (y 1 (x), y 2 (x)) równania liniowego jednorodnego y +p(x)y +h(x)y = 0, określoną na przedziale (a, b), nazywamy układem fundamantalnym tego równania na tym przedziale, jeżeli dla każdego x 0 (a, b) spełniony jest warunek y 1 (x) y 2 (x) W (y 1 (x), y 2 (x)) = = y y 1(x) y 2(x) 1 (x)y 2(x) y 2 (x)y 1(x) 0.

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 12 Wyznacznik W (y 1 (x), y 2 (x)) nazywamy wrońskianem pary funkcji (y 1 (x), y 2 (x)). Niech (y 1 (x), y 2 (x)) będzie układem fundamentalnym równania jednorodnego y + p(x)y + h(x)y = 0. Wtedy dla każdego rozwiązania y(x) tego równania istnieją jednoznacznie określone stałe rzeczywiste C 1, C 2 takie, że y(x) = C 1 y 1 (x) + C 2 y 2 (x). Czyli znając układ fundamentalny równania jednorodnego możemy podać wszystkie jego rozwiązania, a także przez dobór stałych C 1, C 2, znaleźć rozwiązanie tego równania z dowolnymi warunkami początkowymi.

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 13 Równania różniczkowe liniowe drugiego rzędu o stałych współczynnikach Równanie różniczkowe drugiego rzędu, które można zapisać w postaci (LS) y + p 1 y + p 2 y = q(x), gdzie p 1, p 2 R nazywamy równaniem różniczkowym liniowym drugiego rzędu o stałych współczynnikach. Jeżeli q(x) 0, to równanie nazywamy równaniem różniczkowym liniowym niejednorodnym. W przeciwnym przypadku nazywamy je równaniem różniczkowym liniowym jednorodnym. Równanie jednorodne Rozważmy równanie różniczkowe drugiego rzędu w postaci y + p 1 y + p 2 y = 0. Równanie postaci r 2 + p 1 r + p 2 = 0 nazywamy równaniem charakterystycznym równania różniczkowego liniowego o stałych współczynnikach. Natomiast wielomian w(r) = r 2 + p 1 r + p 2 nazywamy wielomianem charakterystycznym tego równania. Definiujemy go tylko dla równań różniczkowych liniowych o stałych współczynnikach. W zależności od rozwiązania wielomianu charakterystycznego możemy wyróżnić trzy przypadki: jeżeli r 1, r 2 są rzeczywistymi i różnymi pierwiastkami wielomianu charakterystycznego, to układ fundamentalny tego równania tworzą funkcje y 1 (x) = e r1x, y 2 (x) = e r2x, a rozwiązanie ogólne ma postać y(x) = C 1 e r1x + C 2 e r2x,

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 14 gdzie C 1, C 2 oznaczają dowolne stałe rzeczywiste; jeżeli r jest rzeczywistym podwójnym pierwiastkiem wielomianu charakterystycznego, to układ fundamentalny tego równania tworzą funkcje y 1 (x) = e rx, y 2 (x) = xe rx, a rozwiązanie ogólne ma postać y(x) = C 1 e rx + C 2 xe rx, gdzie C 1, C 2 oznaczają dowolne stałe rzeczywiste; jeżeli r 1 = α + iβ, r 2 = α iβ, gdzie β > 0 są zespolonymi pierwiastkami wielomianu charakterystycznego, to układ fundamentalny tego równania tworzą funkcje y 1 (x) = e αx cos βx, y 2 (x) = e αx sin βx, a rozwiązanie ogólne ma postać y(x) = C 1 e αx cos βx + C 2 e αx sin βx, inaczej y(x) = (C 1 cos βx + C 2 sin βx)e αx, gdzie C 1, C 2 oznaczają dowolne stałe rzeczywiste. Równanie niejednorodne Rozważmy równanie różniczkowe drugiego rzędu w postaci y + p 1 y + p 2 y = q(x). Schemat poszukiwania rozwiązania Szukamy rozwiązania ogólnego y o (x) rówania jednorodnego Szukamy rozwiązania szczególnego y s (x) równania niejednorodnego (metodą uzmienniania stałych lub, o ile pozwala na to postać równania, matodą przewidywań) Rozwiązaniem ogólnym równania niejednorodnego jest y(x) = y o (x) + y s (x)

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 15 Korzystamy z warunków początkowych, o ile są dane w treści zadania Metoda uzmienniania stałych Jeżeli para (y 1 (x), y 2 (x)) będzie układem fundamentalnym równania jednorodnego, to funkcja y(x) = C 1 (x)y 1 (x) + C 2 (x)y 2 (x), gdzie (C 1 (x), C 2 (x)) jest dowolnym rozwiązaniem układu równań y 1(x) y 1(x) y 2 (x) C 1(x) y 2(x) C 2(x) jest rozwiązaniem równania niejednorodnego. = 0 q(x) Układ ten ma jednoznaczne rozwiązanie, gdyż jego wyznacznik jest różny od zera. Należy zatem wyznaczyć rozwiązanie (y 1 (x), y 2 (x)) układu C 1(x)y 1 (x) + C 2(x)y 2 (x) = 0 C 1(x)y 1(x) + C 2(x)y 2(x) = q(x) Układ ten ma jednoznaczne rozwiązanie, gdyż jego wyznacznik jest różny od zera.,. Metoda przewidywań Możemy stosować tę metodę, gdy jest odpowiednia postać funkcji q(x), tzn. gdy q(x) = e ax P n (x), to przewidywane rozwiązanie szczególne ma postać y s (x) = x p e ax Q n (x), gdzie P n (x) jest wielomianem stopnia n, a Q n (x) jest postacią ogólną tego wielomianu, a p jest krotnością pierwiastka a równania charakterystycznego; q(x) = (P n (x) cos bx+p m (x) sin bx)e ax, to przewidywane rozwiązanie szczególne ma postać y s (x) = x p (Q1 t (x) cos bx + Q2 t (x) sin bx)e ax, gdzie P n jest wielomianem stopnia n, P m jest wielomianem stopnia m, a Q1 t, Q2 t są wielomianami stopnia t = max{n, m} w postaci ogólnej, natomiast p jest krotnością pierwiastka a + ib równania charakterystycznego.