Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 18. 03. 2023 17:49 — Editoval Kája2 (18. 03. 2023 17:59)

Kája2
Příspěvky: 345
Reputace:   
 

Nalezení diferenciální rovnice

Dobrý večer,
mám následující příklad. Nalezněte alespoň jednu homogenní diferenciální rovnici, jejíž obecné řešení lze zapsat ve tvaru [mathjax]y=C_1+C_2\mathrm{e}^{-2x}+C_3x\mathrm{e}^{-2x}[/mathjax]. Jako homogenní lineární diferenciální rovnici mám rovnici ve tvaru [mathjax]y'+f(x)y=0[/mathjax]. Mám-li tedy [mathjax]y=C_1+C_2\mathrm{e}^{-2x}+C_3x\mathrm{e}^{-2x}[/mathjax], pak [mathjax]y'=-2C_2\mathrm{e}^{-2x}+C_3\mathrm{e}^{-2x}-2C_3x\mathrm{e}^{-2x}[/mathjax] a tudiž [mathjax]f(x)=-\frac{y'}{y}=-\frac{-2C_2\mathrm{e}^{-2x}+C_3\mathrm{e}^{e-2x}-2C_3x\mathrm{e}^{-2x}}{C_1+C_2\mathrm{e}^{-2x}+C_3x\mathrm{e}^{-2x}}[/mathjax] a případně pak ještě upravit? Postupuji správně nebo jsme úplně mimo?

Offline

  • (téma jako vyřešené označil(a) Kája2)

#2 18. 03. 2023 18:23

Richard Tuček
Místo: Liberec
Příspěvky: 1047
Reputace:   18 
Web
 

Re: Nalezení diferenciální rovnice

Charakteristická rovnice musí mít jednoduchý kořen 0 a dvojnásobný kořen -2
char. rov = lambda*(lambda-2)^2 = 0
Pak rovnici přiřadíme diferenciální rovnici takto:
1 ~ y
lambda~ y'
lambda^2 ~ y''
atd.
Na pravé straně bude nula.

Offline

 

#3 18. 03. 2023 18:32

Kája2
Příspěvky: 345
Reputace:   
 

Re: Nalezení diferenciální rovnice

↑ Richard Tuček:
Dobrý večer,  děkuji Vám za poznámku. Jen se omlouvám, ale zapomněl jsem tam dodat, má jít o homogenní lineární diferenciální rovnici (1. řádu). Tam by se postupovalo stejně? Právě s charakteristickou rovnicí jsme ještě nepracovali.

Offline

 

#4 18. 03. 2023 20:14

Richard Tuček
Místo: Liberec
Příspěvky: 1047
Reputace:   18 
Web
 

Re: Nalezení diferenciální rovnice

↑ Kája2:
Pokud vím, tak obecné řešení diferenciální rovnice tvaru:  y = f(x)*y, kde f(x) je spojitá funkce na jistém intervalu
je y=K*exp(F(x)), kde F'(x)=f(x), tj. F je funkce primitivní k f(x).
Nevím, jestli to má řešení, najít homogenní difošku 1. řádu, která má prostor řešení dimenze 3.
Funkce 1, exp(-2x), x*exp(-2x) jsou lineárně nezávislé.

P.S. O diferenciálních rovnicích je také na mém webu www.tucekweb.info, sekce matematika

Offline

 

#5 19. 03. 2023 08:44

surovec
Příspěvky: 972
Reputace:   23 
 

Re: Nalezení diferenciální rovnice

↑ Kája2:
Řekl bych, že postupujete správně, i výsledek je správně (jen drobný překlep v čitateli).

Offline

 

#6 19. 03. 2023 08:49

Kája2
Příspěvky: 345
Reputace:   
 

Re: Nalezení diferenciální rovnice

↑ Richard Tuček:
Ano, také jsem našel, že obecné řešení je ve tvaru [mathjax]y(x)=K\mathrm{e}^{-\int_{}^{}f(x)dx}[/mathjax]. Z toho mám [mathjax]\ln \frac{f(x)}{K}=-\int_{}^{}f(x)dx[/mathjax]. Ale jak z toho pak získám tu funkci [mathjax]f(x)[/mathjax]?

Offline

 

#7 19. 03. 2023 11:47 — Editoval MichalAld (19. 03. 2023 11:48)

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 4865
Reputace:   125 
 

Re: Nalezení diferenciální rovnice

Pokud řešení obsahuje 3 integrační konstanty, tak to určitě nebude rovnice prvního řádu. Pokud je to zadání, tak to je nejspíš nesplnitelné. Budeš potřebovat rovnici 3. řádu.

Teď zrovna nevím, jestli existuje nějaký přímočarý postup, jak z řešení sestavit rovnici, ale když víš, jaké kořeny charakteristické rovnice vedou na jaká řešení, jde to skoro z hlavy.

částečné řešení [mathjax]y = C_1x[/mathjax] odpovídá kořenu [mathjax]\lambda = 0[/mathjax] a tedy rovnici [mathjax]y'=0[/mathjax].

s tím zbytkem řešení, tedy [mathjax]y = C_2e^{-2x} + C_3 x e^{-2x}[/mathjax] je to trochu "tricky", zde je třeba si vzpomenout, že takovéto řešení má rovnice když má dvojnásobný kořen (tedy dva stejné kořeny).

Pořád mluvíme o lineárních diferenciálních rovnicích s konstantními koeficienty, protože tvé řešení je řešení LDF s konstantními koeficienty. Takže když už máme všechyny tři kořeny,

[mathjax]\lambda_1 = 0[/mathjax]
[mathjax]\lambda_2 = -2[/mathjax]
[mathjax]\lambda_3 = -2[/mathjax]

Není těžké napsat charakteristickou rovnici, tedy

[mathjax]\lambda(\lambda+2)(\lambda+2)=0[/mathjax]

Což po roznásobení dá

[mathjax]\lambda ^3 + 4 \lambda ^2 + 4 \lambda=0[/mathjax]

Což odpovídá diferenciální rovnici

[mathjax]y''' + 4 y'' + 4 y'=0[/mathjax]

Za správnost ovšem úplně neručím ... nicméně si můžeš snadno zkontrolovat, jestli tvé řešení moji rovnici splňuje.

Offline

 

#8 19. 03. 2023 11:53 — Editoval MichalAld (19. 03. 2023 11:54)

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 4865
Reputace:   125 
 

Re: Nalezení diferenciální rovnice

Pokud to má být opravdu dif rovnice 1. řádu ... tak tam je jeden problém. Protože pokud ty konstanty C1, C2, C3 mohou být libovolné, tak se nám v té funkci f(x) nemohou objevit, protože dif. rovnice těžko může obsahovat neznámé konstanty (či "libovolné konstanty").

Celé to trochu nedává smysl.

Offline

 

#9 19. 03. 2023 11:55

Kája2
Příspěvky: 345
Reputace:   
 

Re: Nalezení diferenciální rovnice

↑ MichalAld:
Dobrý den, moc děkuji za radu. Ještě se na to podívám ;-)

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson