Negyedik gyakorlat: Szöveges feladatok, Homogén fokszámú egyenletek Dierenciálegyenletek, Földtudomány és Környezettan BSc

Hasonló dokumentumok
5. Differenciálegyenlet rendszerek

.1. A sinx és cosx racionális függvényeinek integrálásáa. = R sinx,cosx dx. x x 2. 1 dt

Fizika A2E, 11. feladatsor

1. Előadás: Készletezési modellek, I-II.

MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA)

HF1. Határozza meg az f t 5 2 ugyanabban a koordinátarendszerben. Mi a lehetséges legbővebb értelmezési tartománya és

Taylor-polinomok. 1. Alapfeladatok április Feladat: Írjuk fel az f(x) = e 2x függvény másodfokú Maclaurinpolinomját!

Makroökonómiai modellépítés monetáris politika

REAKCIÓKINETIKA ALAPFOGALMAK. Reakciókinetika célja

Feladatok megoldásokkal a második gyakorlathoz (függvények deriváltja)

A sebességállapot ismert, ha meg tudjuk határozni bármely pont sebességét és bármely pont szögsebességét. Analógia: Erőrendszer

Matematika A3 HÁZI FELADAT megoldások Vektoranalízis

L'Hospital-szabály március 15. ln(x 2) x 2. ln(x 2) = ln(3 2) = ln 1 = 0. A nevez határértéke: lim. (x 2 9) = = 0.

3. feladatsor: Görbe ívhossza, görbementi integrál (megoldás)

6. szemináriumi. Gyakorló feladatok. Tőkekínálat. Tőkekereslet. Várható vs váratlan esemény tőkepiaci hatása. feladatok

A diszkrimináns, paraméteres feladatok a gyökök számával kapcsolatosan

4. Lineáris csillapítatlan szabad rezgés. Lineáris csillapított szabad rezgés. Gyenge csillapítás. Ger-jesztett rezgés. Amplitúdó rezonancia.

6 ANYAGMOZGATÓ BERENDEZÉSEK

A A. A hidrosztatikai nyomás a folyadék súlyából származik, a folyadék részecskéi nyomják egymást.

Schmitt-trigger tanulmányozása

Differenciálegyenletek a mindennapokban

11. Sorozatok. I. Nulladik ZH-ban láttuk:

Differenciálegyenletek megoldása próbafüggvény-módszerrel

Fourier-sorok konvergenciájáról

Dinamikus optimalizálás és a Leontief-modell

A lecke célja: A tananyag felhasználója megismerje az anyagi pont mozgásának jellemzőit.

Romvári Petra. biztosítási kötelezettségek fair értékelése, id - és piackonzisztens aktuáriusi értékelések

Feladatok megoldásokkal a harmadik gyakorlathoz (érintési paraméterek, L Hospital szabály, elaszticitás) y = 1 + 2(x 1). y = 2x 1.

Síkalapok vizsgálata - az EC-7 bevezetése

GAZDASÁGI ÉS ÜZLETI STATISZTIKA jegyzet ÜZLETI ELŐREJELZÉSI MÓDSZEREK

Kockázati folyamatok

V. Békés Megyei Középiskolai Matematikaverseny 2012/2013 Megoldások 12. évfolyam

Távközlı hálózatok és szolgáltatások

Fizika A2E, 7. feladatsor megoldások

Feladatok matematikából 3. rész

Határozatlan integrál

(1 + (y ) 2 = f(x). Határozzuk meg a rúd alakját, ha a nyomaték eloszlás. (y ) 2 + 2yy = 0,

Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar. Neogrády-Kiss Márton. Számelméleti függvények vizsgálata differenciál- és integrálegyenletekkel

Elsőrendű reakció sebességi állandójának meghatározása

Matematika A1a Analízis

= x2. 3x + 4 ln x + C. 2. dx = x x2 + 25x. dx = x ln 1 + x. 3 a2 x +a 3 arctg x. 3)101 + C (2 + 3x 2 ) + C. 2. 8x C.

Jelformálás. 1) Határozza meg a terheletlen feszültségosztó u ki kimenı feszültségét! Adatok: R 1 =3,3 kω, R 2 =8,6 kω, u be =10V. (Eredmény: 7,23 V)

1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Matematika A3 1. ZH+megoldás

Primitív függvény, határozatlan integrál

3. Gyakorlat. A soros RLC áramkör tanulmányozása

8 A teljesítményelektronikai berendezések vezérlése és

Dierenciálhatóság. Wettl Ferenc el adása alapján és

Jegyzőkönyv. fajhő méréséről 5

Meghatározás: Olyan egyenlet, amely a független változók mellett tartalmaz egy vagy több függvényt és azok deriváltjait.

Intraspecifikus verseny

Túlgerjesztés elleni védelmi funkció

A derivált alkalmazásai

REAKCIÓKINETIKA ELEMI REAKCIÓK ÖSSZETETT REAKCIÓK. Egyszer modellek

Statisztika II. előadás és gyakorlat 1. rész

A hiperbolikus diszkontálás alkalmazása az optimális szabadalmak elméletében

6. ELŐADÁS DIFFERENCIÁLSZÁMÍTÁS II. DIFFERENCIÁLÁSI SZABÁLYOK. BSc Matematika I. BGRMA1HNND, BGRMA1HNNC

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

A kúpszeletekről - V.

y + a y + b y = r(x),

KIS MATEMATIKA. 1. Bevezető

Fizika 1X, pótzh (2010/11 őszi félév) Teszt

Komplex számok szeptember Feladat: Legyen z 1 = 2 3i és z 2 = 4i 1. Határozza meg az alábbi kifejezés értékét!

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

BEMUTATÓ FELADATOK (2) ÁLTALÁNOS GÉPTAN tárgyból

t 2 Hőcsere folyamatok ( Műv-I o. ) Minden hővel kapcsolatos művelet veszteséges - nincs tökéletes hőszigetelő anyag,

HÁZI FELADATOK. 2. félév. 1. konferencia Komplex számok

Tiszta és kevert stratégiák

ismerd meg! A digitális fényképezgép VII. rész

Segédanyag az A3 tárgy gyakorlatához

3. Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek

Felkészítő feladatok a 2. zárthelyire

Az inga mozgásának matematikai modellezése

Jelenlegi életkor Életkor 11 év múlva Anya x x + 11 Gyermek x 29 x = x 18

Modellek és Algoritmusok - 2.ZH Elmélet

Mechanikai munka, energia, teljesítmény (Vázlat)

Feladatok a Diffrenciálegyenletek IV témakörhöz. 1. Határozzuk meg következő differenciálegyenletek általános megoldását a próba függvény módszerrel.

8. előadás Ultrarövid impulzusok mérése - autokorreláció

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

SZABÁLYOZÁSI ESZKÖZÖK: Gazdasági ösztönzők jellemzői. GAZDASÁGI ÖSZTÖNZŐK (economic instruments) típusai. Környezetterhelési díjak

Példatár Lineáris algebra és többváltozós függvények

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Exponenciális és Logaritmikus kifejezések

Kalkulus I. NÉV: Határozzuk meg a következő határértékeket: 8pt

A mechanika alapjai. A pontszerű testek dinamikája

Minta 1. MATEMATIKA KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI FELADATSOR. I. rész

Tizenegyedik gyakorlat: Parciális dierenciálegyenletek Dierenciálegyenletek, Földtudomány és Környezettan BSc

Gingl Zoltán, Szeged, szept. 1

9. Trigonometria. I. Nulladik ZH-ban láttuk: 1. Tegye nagyság szerint növekvő sorrendbe az alábbi értékeket! Megoldás:

Ezt már csak azért is érdemes megtenni, mert így egy olyan egyenletet kapunk, ami bármilyen harmonikus rezgés esetén használható, csak az 0

2014. november Dr. Vincze Szilvia

t=o Lot dpcifkoncf-gmdud-e.mg ) dt DAI often [ A vfiunnatnyl REAKCLOISEBESSEIG ( v ) otfjmo VA 'nsg= Act ) LAO I Act Po T so www.

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR ELEKTROTECHNIKAI-ELEKTRONIKAI TANSZÉK DR. KOVÁCS ERNŐ ELEKTRONIKA II.

DIFFÚZIÓ. BIOFIZIKA I Október 20. Bugyi Beáta

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Exponenciális és Logaritmikus kifejezések

3. Mekkora feszültségre kell feltölteni egy defibrillátor 20 μf kapacitású kondenzátorát, hogy a defibrilláló impulzus energiája 160 J legyen?

Középszintű érettségi feladatsor Fizika. Első rész. 1. Melyik sebesség-idő grafikon alapján készült el az adott út-idő grafikon? v.


Végeselem modellezés alapjai 1. óra

Függvények július 13. f(x) = 1 x+x 2 f() = 1 ()+() 2 f(f(x)) = 1 (1 x+x 2 )+(1 x+x 2 ) 2 Rendezés után kapjuk, hogy:

Átírás:

Negyedik gyakorla: Szöveges feladaok, Homogén fokszámú egyenleek Dierenciálegyenleek, Földudomány és Környezean BSc. Szöveges feladaok A zikában el forduló folyamaok nagy része széválaszhaó egyenleekkel írhaó le (ponosabban ezek a legegyszer bb modellek). Kulcsfonosságú megéreni a középiskolás egyenes arányosság fogalmá. O meganuluk, hogyha ké mennyiség egyenesen arányos, akkor hányadosuk állandó. Ez az egyszer megállapíás kell használni az összes szöveges feladaban! A szöveges feladaok megoldásának lépései:. Felírni a zikai arányossági egyenlee. Emlékeze : válozás =derivál.. Kihámozni a szövegb l a kezdei feléel(eke). 3. Lefordíani a maemaika nyelvére a kérdés. Ekkor elviekben van egy Cauchy-feladaunk és egy kérdéses mennyiségünk, pl. x() =? 4. Megoldani a dierenciálegyenlee.. A kezdei feléel segíségével meghaározni a konsans éréké/érékeke. 6. Kiszámolni a kerese éréke, pl. x()-ö. Nézzünk pár példá!. Felada: Egy moorcsónak álló vízben m/s egyenlees sebességgel halad. Ha a moor leállíjuk, 40 s múlva a sebessége m/s lesz. Mekkora lesz a sebessége a leállás uán másodperccel? (Fizikából udjuk, hogy kis sebességekre a súrlódási er a sebességgel egyenesen arányos.) Megoldás: Els lépésben felírjuk a zikai egyenlee. Mivel a sebesség a kérdés, legyen a hajó id pon-beli sebessége v(). Tudjuk a zárójeles megjegyzés mia, hogy a súrlódási er a sebességgel egyenesen arányos. A esre csupán a súrlódási er fog hani, emia

ma() = F összes = F súrl Mivel a súrlódási er egyenesen arányos a sebességgel, ezér: F súrl v() = k ahol k egy konsans, állandó. Beírva az el z : ma() v() = k Leoszhaunk m-el és összevonhajuk a másik konsanssal. Továbbá felszorzunk v()- vel, így: a() = kv() Fonos megjegyezni, hogy ez a k már egy másik k, de mosanól az egyszer ség kedvéér ugyanúgy fogjuk jelölni ke. Tudjuk, hogy a() = v (), ezér v () = kv() Az egyenle már meg is van. Mos ké kezdei feléelünk is van, mégpedig v(0) = és v(40) = (majd ki fog derülni, hogy mindke re szükség lesz). A felada kérdése: v() =? Oldjuk meg az egyenlee! f(v()) = v() és g() = k A ké inegrál: v() dv() = ln(v()) + c k d = k + c Összesíve: ln(v()) = k + c v() = ce k

Tudjuk: v(0) =, ezér azaz c =. Továbbá v(40) =, ezér v(0) = ce k 0 = c = v(40) = e k 40 = ehá k = ln ( ) 40. Így a megoldásgörbe: v() = exp ( ln ( ) ) 40 A kérdésre a válasz: v() = exp ( ln ( ) ) ( 40 = exp ln ( ) ) 0 = ( ) 0 4, 776 Tehá ezek alapján a moorcsónak sebessége másodperc múlva körülbelül 4,78 m s. (Ez nem is meglep, hiszen másodperc ala elég kevese csökken egy gyorsan haladó moorcsónak.). Felada: A esek kih lési sebessége egyenesen arányos a es és a környeze közi h mérsékle-különbséggel. Egy 00 Celsius fokos ese 0 fokos helyre viszünk; 0 perc múlva a es 40 fokos. Hány fokra h l le 0 perc ala? (Tfh. a környeze h mérséklee id ben állandó.) Megoldás: A felada szövege szerin a h mérsékle-különbség arányos a leh lés sebességével, azaz a h mérsékleének válozásával. Jelöljük U()-vel a ké es h mérsékle-különbségé! Erre az egyenle (hiszen a h mérsékleválozás és a különbség válozása ugyanaz a környeze állandósága mia): Árendezve: U () U() = k U () = ku() 3

A kezdei feléeleink: kezdeben a különbség 90 fok, ezér U(0) = 90. Továbbá az is udjuk, hogy a es 0 perc múlva 40 fokos, azaz a különbség U(0) = 30. A kérdéses mennyiség így T (0) = 0 + U(0) =? Az el z egyenlee viszon már megoldouk ebben a pdf-ben, ezér csak a megoldás írom le: Alkalmazva a ké kezdei feléel: U() = ce k azaz c = 90, ovábbá U(0) = ce k 0 = c = 90 U(0) = 90e k 0 = 30 ( ( ) ) 0 azaz k = ln. Ezek alapján a kérdésre a válasz: 3 ( ( ( ) ) ) ( ) 0 U(0) = 90 exp ln 0 = 90, 96 3 3 Tehá így a es h mérséklee 0 perc múlva körülbelül 6 fok (hiszen hozzá kelle adni a környeze h mérsékleé is). 3. Szorgalmi felada: (4 pon) Valaki egy egyenes uca A ponjából indul az auójával és egyenleesen gyorsulva 0 másodperc ala ér az uca B ponjába, ahol sebessége m/s. Megállapíhaó-e ezekb l az adaokból az A és B ponok ávolsága? Ha nem, miér nem? Ha igen, milyen messze vannak egymásól? A feladao a feni módszerrel oldjuk meg (azaz legyen benne dierenciálegyenle)! 4

. Homogén fokszámú egyenleek Mos a homogén más jelen, min az elején. Egy x () = f(, x()) egyenle homogén fokszámú, ha a jobb oldalán álló függvényre igaz, hogy f(λ, λx()) = f(, x()) bármilyen λ eseén. ( ) Ekkor könny beláni, hogy ilyenkor x() az f függvény úgy alakíhaó, hogy f(, x()) = g alakban írhaó (azaz a jobb oldalon csak ezek a hányadosok szerepelnek). Tehá ez a ípus onnan könnyen felismerhe, ha árendezés uán a jobb oldalon x() kifejezések állnak. Ebben az eseben ha bevezejük az u() = x() új függvény, akkor széválaszhaó kapunk, ami pedig már meg udnunk oldani. Ennek oka: ha árendezem u() deníciójá: Deriváljuk mindké oldal szerin! x() = u() x () = u () + u() Árendezve, és x () helyébe beírva az eredei egyenle jobb oldalá: u () + u() = g(u()) u g(u()) u() () = ami pedig már valóban egy széválaszhaó egyenle. Ez a képlee meg is lehe anulni, de (szerinem) egyszer bb, ha csak beírjuk az u()- az egyenlebe, és azzal rögön kijön a széválaszhaó.. Felada: Oldjuk meg az alábbi dierenciálegyenlee! x () = x() +

Megoldás: Bonsuk szé a öre! x () = x() Ebb l lászik, hogy valóban homogén fokszámú. Vezessük be az új válozó! A jobb oldalon u() + lesz, ellenben a bal oldalhoz még kicsi dolgozni kell: + u() = x() x() = u() x () = u () + u() Tehá ez kell a bal oldalra beírni (egyébkén mindig ez kell majd, ez érdemes megjegyezni, vagy le is lehe vezeni). Beírva: u () + u() = u() + u () = u () = Ez széválaszhaó, s, a legegyszer bb ípus még a harmadik gyakorla elejér l, ami sima inegrálással meg lehe oldani. u() = ln() + c Ezzel még nem vagyunk készen, hiszen x() vol a kérdés. deníciójá könnyen meghaározhaó: Ez azonban beírva u() x() = ln() + c x() = ln() + c Készen is vagyunk.. Felada: Oldjuk meg a kövekez egyenlee! x () = x() + x() Megoldás: Árendezve (azaz leoszva -vel, és bevíve a gyökjel alá): x () = x() 6 + x()

A jobb oldalon csak a öres alakok vannak, ezér valóban homogén fokszámú lesz. Az el z feladahoz hasonlóan megin az u() = x() új válozó vezejük be, aminek a deriválásával kifejezhe megin x (): x() = u() x () = u () + u() Ez beírva a bal oldalba, és a jobba pedig behelyeesíve u()-: u () + u() = u() + u() Kivonjuk az u() ago mindké oldalból és leoszok -vel: u () = u() Ez pedig már egy sima széválaszhaó egyenle. A ké kiszámíandó inegrál: u() du() = arcsin(u()) + c d = ln() + c (A ZH-ban nem fogom kérni, hogy udjáok az arcsin deriváljá fejb l.) Egyenl vé éve ke: arcsin(u()) = ln() + c u() = sin(ln() + c) Mos viszon nem ez, hanem az x() vol a kérdés, ami pedig: x() = u() = sin(ln() + c) 3. Felada: Oldjuk meg az alábbi dierenciálegyenlee! Megoldás: Árendezve: ( ) x() x () = x() + cos 7

x () = x() ( ) x() + cos Megin csak a haványok vannak a jobb oldalon, ezér homogén fokszámú lesz az egyenle. Az el z ekhez hasonlóan behelyeesíve bal oldalra a már jól ismer u () + u() kifejezés, jobb oldalra pedig az u() függvényeke kapjuk: Kivonva u()- és leoszva -vel: u () + u() = u() + cos (u()) u () = cos (u()) Ez már egy széválaszhaó. A ké inegrál: Ezeke egyenl vé éve: du() = an(u()) + c cos (u()) d = ln() + c Ebb l a megoldás: an(u()) = ln() + c u() = arcan(ln() + c) x() = arcan(ln() + c) 4. Felada: Oldjuk meg az alábbi egyenlee! Megoldás: Árendezve: x () = x() + x() x () = x() + x() Láhaó, hogy ez is homogén fokszámú, így a bal oldalba beírva a deriválos ago, a jobb oldalba pedig az u()-ke: 8

u () + u() = u() + u() Ez megin széválaszhaó, a ké inegrál: Beírva ke: u() u () = u() du() = arccos(u()) + c d = ln() + c Így a megoldás: arccos(u()) = ln() + c u() = cos(ln() + c) x() = cos(ln() + c). Felada: Oldjuk meg az alábbi egyenlee: Megoldás: Árendezve: x () = + x() + x() x () = + x() + x() Láhaó, hogy ez is homogén fokszámú! Beírva a bal oldalba a szokásos kifejezés, jobb oldalba pedig az u()-ke: Árendezve: u () + u() = + u() + u() Ez széválaszhaó - a ké inegrál: u () = + u() 9

du() = arcan(u()) + c + u() d = ln() + c A ké kifejezés egyenl vé éve: arcan(u()) = ln() + c u() = an(ln() + c) Így a megoldás: x() = an(ln() + c) Szorgalmi ( pon) : Oldjuk meg a kövekez egyenlee! x () = cos(x() ) Trükk: a homogén fokszámúakhoz hasonlóan vezessünk be egy új válozó az u() = x() szabállyal! 0