DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Hasonló dokumentumok
DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Differenciálegyenletek. Vajda István március 4.

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

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

3. Lineáris differenciálegyenletek

Matematika III. harmadik előadás

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

Matematika A3 1. ZH+megoldás

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

6. Differenciálegyenletek

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

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

x 2 e x dx c) (3x 2 2x)e 2x dx x sin x dx f) x cosxdx (1 x 2 )(sin 2x 2 cos 3x) dx e 2x cos x dx k) e x sin x cosxdx x ln x dx n) (2x + 1) ln 2 x dx

Differenciálegyenletek

5. fejezet. Differenciálegyenletek

Definíció Függvényegyenletnek nevezzük az olyan egyenletet, amelyben a kiszámítandó ismeretlen egy függvény.

Feladatok Differenciálegyenletek II. témakörhöz. 1. Határozzuk meg a következő elsőrendű lineáris differenciálegyenletek általános megoldását!

Differenciálegyenletek december 13.

Differenciálegyenletek megoldása próbafüggvény-módszerrel

Differenciálegyenletek

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

2. Hogyan számíthatjuk ki két komplex szám szorzatát, ha azok a+bi alakban, illetve trigonometrikus alakban vannak megadva?

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

cos 2 (2x) 1 dx c) sin(2x)dx c) cos(3x)dx π 4 cos(2x) dx c) 5sin 2 (x)cos(x)dx x3 5 x 4 +11dx arctg 11 (2x) 4x 2 +1 π 4

Megoldások MATEMATIKA II. VIZSGA (VK) NBT. NG. NMH. SZAKOS HALLGATÓK RÉSZÉRE (Kérjük, hogy a megfelelő szakot jelölje be!

Elhangzott gyakorlati tananyag óránkénti bontásban. Mindkét csoport. Rövidítve.

Baran Ágnes, Burai Pál, Noszály Csaba. Gyakorlat Differenciálegyenletek

Differenciálegyenletek

1 1 y2 =lnec x. 1 y 2 = A x2, ahol A R tetsz. y =± 1 A x 2 (A R) y = 3 3 2x+1 dx. 1 y dy = ln y = 3 2 ln 2x+1 +C. y =A 2x+1 3/2. 1+y = x.

Reakciókinetika és katalízis

Differenciálegyenlet rendszerek

Közönséges differenciálegyenletek megoldása Mapleben

Differenciálegyenletek Oktatási segédanyag

JPTE PMMFK Levelező-távoktatás, villamosmérnök szak

Differenciálegyenletek megoldása Laplace-transzformációval. Vajda István március 21.

1. Bevezetés Differenciálegyenletek és azok megoldásai

Feladatok az 5. hétre. Eredményekkel és teljesen kidolgozott megoldásokkal az 1,2,3.(a),(b),(c), 6.(a) feladatokra

Matematika szigorlat, Mérnök informatikus szak I máj. 12. Név: Nept. kód: Idő: 1. f. 2. f. 3. f. 4. f. 5. f. 6. f. Össz.: Oszt.

λx f 1 (x) e λx f 2 (x) λe λx f 2 (x) + e λx f 2(x) e λx f 2 (x) Hasonlóan általában is elérhető sorműveletekkel, hogy csak f (j)

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

12. Mikor nevezünk egy részhalmazt nyíltnak, illetve zártnak a valós számok körében?

2 (j) f(x) dx = 1 arcsin(3x 2) + C. (d) A x + Bx + C 5x (2x 2 + 7) + Hx + I. 2 2x F x + G. x

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

A képzetes számok az isteni szellem e gyönyörű és csodálatos hordozói már majdnem a lét és nemlét megtestesítői. (Carl Friedrich Gauss)

A differenciálegyenlet általános megoldása az összes megoldást tartalmazó halmaz.

Differenciál egyenletek (rövid áttekintés)

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

Átmeneti jelenségek egyenergiatárolós áramkörökben

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

Elhangzott tananyag óránkénti bontásban

Differenciálegyenletek

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

Részletes tantárgyprogram és követelményrendszer

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Differenciálegyenletek numerikus integrálása április 9.

6. feladatsor: Inhomogén lineáris differenciálegyenletek (megoldás)

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Abszolútértékes és gyökös kifejezések

2.7. Fourier-sor Gyakorló feladatok... 84

15. LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK

6. Folytonosság. pontbeli folytonosság, intervallumon való folytonosság, folytonos függvények

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Trigonometria

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

Trigonometria Megoldások. 1) Oldja meg a következő egyenletet a valós számok halmazán! (12 pont) Megoldás:

differenciálegyenletek

Az előadásokon ténylegesen elhangzottak rövid leírása

egyenlőtlenségnek kell teljesülnie.

25/1. Stacionárius és tranziens megoldás. Kezdeti és végérték tétel.

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

Analízis 1. tárgyban tanult ismeretekre épül, tehát ismertnek tekintjük

Differenciálegyenletek gyakorlat december 5.

A brachistochron probléma megoldása

Differenciaegyenletek a differenciálegyenletek

Lagrange egyenletek. Úgy a virtuális munka mint a D Alembert-elv gyakorlati alkalmazását

4. Konzultáció: Periodikus jelek soros RC és RL tagokon, komplex ellenállás Részlet (nagyon béta)

4. Laplace transzformáció és alkalmazása

I. Fejezetek a klasszikus analízisből 3

a) A logaritmus értelmezése alapján: x 8 0 ( x 2 2 vagy x 2 2) (1 pont) Egy szorzat értéke pontosan akkor 0, ha valamelyik szorzótényező 0.

y = y 0 exp (ax) Y (x) = exp (Ax)Y 0 A n x n 1 (n 1)! = A I + d exp (Ax) = A exp (Ax) exp (Ax)

MODELLEK ÉS ALGORITMUSOK ELŐADÁS

11. gyakorlat megoldásai

Differenciál egyenletek

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Abszolútértékes és Gyökös kifejezések

Lineáris egyenletrendszerek

Debreceni Egyetem. Feladatok a Matematika II. tárgy gyakorlataihoz. Határozatlan integrál

Közönséges differenciálegyenletek

n n (n n ), lim ln(2 + 3e x ) x 3 + 2x 2e x e x + 1, sin x 1 cos x, lim e x2 1 + x 2 lim sin x 1 )

11. gyakorlat megoldásai

Trigonometria Megoldások. 1) Igazolja, hogy ha egy háromszög szögeire érvényes az alábbi összefüggés: sin : sin = cos + : cos +, ( ) ( )

Abszolútértékes és gyökös kifejezések Megoldások

= 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.

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

, illetve. f = b, ahol f a keresett (ismeretlen) függvény és a DE rendjét az egyenletben szereplő legmagasabb derivált ( f ) határozza meg.

Matematika A1a Analízis

Matematika III előadás

Analízis II. Analízis II. Beugrók. Készítette: Szánthó József. kiezafiu kukac gmail.com. 2009/ félév

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

5. Differenciálegyenlet rendszerek

Átírás:

016.03.1. BSC MATEMATIKA II. ELSŐ ÉS MÁSODRENDŰ LINEÁRIS DIFFERENCIÁLEGYENLETEK BSc. Matematika II. BGRMAHNND, BGRMAHNNC AZ ELSŐRENDŰ LINEÁRIS DIFFERENCIÁLEGYENLET FOGALMA Az elsőrendű közönséges differenciálegyenletet elsőrendű lineáris differenciálegyenletnek nevezzük, ha ekvivalens átalakításokkal az y ' f y g alakra hozható, ahol f() és g() egy adott [a, b] intervallumon folytonos függvények. Ha g() = 0 tetszőleges [a, b] esetén, tet a differenciálegyenlet jobb oldala azonosan zérus, akkor az egyenletet homogén lineárisnak nevezzük, ellenkező esetben az egyenlet inhomogén lineáris. 1

016.03.1. FIZIKAI PROBLÉMA AMELY ELSŐRENDŰ LINEÁRIS EGYENLETRE VEZET Határozzuk meg a C kapacitású kondenzátor Q töltésének időfüggését, ha az áramkörben R ohmikus ellenállás és U 0 sinωt váltakozó feszültség forrás van. A huroktörvény szerint: Q t I t R U0 sin t; C Qt Qt R U0 sin t; C 1 U0 Qt Qt sin t; RC R AZ ELSŐRENDŰ HOMOGÉN LINEÁRIS DIFFERENCIÁLEGYENLET MEGOLDÁSA A differenciálegyenletet kielégíti az y() = 0, [a, b] azonosan nulla függvény. Ezt nevezzük triviális megoldásnak. A nemtriviális megoldás előállításához vegyük észre, hogy a homogén lineáris differenciálegyenlet egy speciális szétválasztható változójú egyenlet y ' f y 0; y ' f y; dy f y A változókat szétválasztva, majd minkét oldalt integrálva a következőt kapjuk 1 dy y

016.03.1. A MEGOLDÓKÉPLET Elvégezve az integrálást ln y ln C ; C R \ 0 ln y ln e ln C ; ln y ln Ce ; végül kifejezve y-t kapjuk a homogén lineáris differenciálegyenlet általános megoldását, amely C = 0 esetben is megoldása az egyenletnek y ( ) C e ; C R PÉLDÁK Oldjuk meg az alábbi elsőrendű homogén lineáris differenciálegyenleteket. 1. y y 0;. y y 0; 3

016.03.1. FELADATOK MEGOLDÁSA 1. y y 0; y y 0; f ; ln ln y ( ) C e C e C e C e C ;. y y 0; f ; y ( ) C e C e ; AZ INHOMOGÉN LINEÁRIS DIFFERENCIÁL- EGYENLET MEGOLDÁSÁNAK SZERKEZETE Alaptétel: Tegyük fel, hogy y () az inhomogén lineáris egyenlethez tartozó homogén lineáris egyenlet általános megoldása, y () pedig az inhomogén egyenlet egy tetszőleges partikuláris megoldása. Ekkor az függvény az inhomogén lineáris differenciálegyenlet megoldása, és minden megoldás előállítható ebben az alakban. Ezt a megoldást nevezzük az inhomogén lineáris egyenlet általános megoldásának. iá: inhomogén általános : homogén általános y y y iá : inhomogén partikuláris 4

016.03.1. AZ INHOMOGÉN EGYENLET EGY PARTIKULÁRIS MEGOLDÁSÁNAK ELŐÁLLÍTÁSA Két esetet vizsgálunk 1. Tegyük fel, hogy a hom. lin. de. állandó együtthatójú, azaz f() a, a R. y ' a y g ; Ekkor alkalmazható a próbafüggvény módszere vagy kísérletező módszer.. Az általános esetben, amikor az egyenlet nem állandó együtthatójú, a Lagrange-tól (1869) származó Állandó variálásának módszere szolgáltatja a megoldást. A PRÓBAFÜGGVÉNY MÓDSZERE Az y ' a y g ; ar egyenlet egy partikuláris megoldását úgy keressük, hogy egy olyan próbafüggvényt választunk, amely hasonlít a jobboldali g() függvényre és tartalmaz szabad paramétereket. Ez utóbbiakat az egyenletbe történő helyettesítéssel határozzuk meg. Pl.: g() 3sin próbafüggvény Asin + Bcos 5e -3 Ae -3 6 + 4 3sh5 A + B + C Ash5 + Bch5 (vagy) 3sh5 Ae 5 + Be -5 (Részletesen ld. a másodrendű egyenleteknél!) 5

016.03.1. AZ ÁLLANDÓ VARIÁLÁSÁNAK MÓDSZERE Az y () partikuláris megoldást ugyanolyan alakban keressük, mint a homogén lineáris egyenlet általános megoldása, csak az abban szereplő C konstans helyére egy C() függvényt írunk. y ( ) C e Kérdés : melyik az a C() függvény, amellyel ez az y () kielégíti az inhomogén differenciálegyenletet. A C()-et úgy határozzuk meg, hogy ezt függvényt behelyettesítjük az inhomogén egyenletbe. Elvégezve a deriválást és a helyettesítést, az alábbi egyenletet kapjuk. C e C e f f C e g f ( ) f ( ) ( ) f Vegyük észre: a középső két tag összege zérus, tet az egyenlet bal oldalán csak az a tag marad meg, amelyik a C () derivált függvényt tartalmazza: C e g Ezt átrendezve C g e majd integrálva kapjuk a C() függvényt: C g e Innen az inhomogén egyenlet egy partikuláris megoldása y g e e 6

016.03.1. PÉLDÁK Oldjuk meg az alábbi elsőrendű lineáris differenciálegyenleteket: 5 1. y 3y e ;. y y, y 0 1; 3. y 1 ln y; 4. y sin y cos 1, y 0; e y e y e e 5. 1 1 ; FELADATOK MEGOLDÁSA 5 1. y 3y e ; 1. lépés a homogén egyenlet megoldása: y 3y 0; f 3; 3 3 y ( ) C e Ce ;. lépés az inhomogén partikuláris megoldás előállítása: 3 3 3 3 3 3 y ( ) C e ; y C e Ce 3 ; 5 y 3y C e Ce 3 3C e e ; 1 1 Ce e ; C e ; C e ; y ( ) e e e 8 4 4 Az általános megoldás: 3 5 8 8 8 3 5 1 y Ce e 4 3 5 ; 7

016.03.1. FELADATOK MEGOLDÁSA 3. y y y y y y, 0 1;, 0 1; 1. lépés a homogén egyenlet megoldása: y y 0; f ; y C e C e Ce ( ) ;. lépés az inhomogén partikuláris megoldás előállítása: y C e y Ce Ce ( ) ; 3 ; 3 3 Ce ; C e ; Parciális integrálással kapjuk, hogy: 3 1 ; 0 ; y y Ce Ce C e C e e 1 e y ( ) 1 e e 1 Az általános megoldás: y Ce y Ce iá 0 iá A kezdeti feltételt kielégítő partikuláris megoldás: y e 1 ; 0 1 C1 1; C ; FELADATOK MEGOLDÁSA Az előzőekben látott módszerekkel igazolja, hogy a következő differenciálegyenletek megoldása az alábbiakban megadott függvény: 3. y 1 ln y; Az általános megoldás: yiá C ln ln ; e y e y e e 4. 1 1 ; 1 Az általános megoldás: yiá C e 1 e 1 ; 3 5. Megoldás az előadáson! 8