Matematika A3a 2008/4. gyakorlat

A MathWikiből
(Változatok közti eltérés)
(Homogén fokszámú egyenletek)
(Homogén fokszámú egyenletek)
67. sor: 67. sor:
 
:<math>y'=-\frac{2x+y}{x+y}</math>
 
:<math>y'=-\frac{2x+y}{x+y}</math>
 
jobb oldala 0-homogén:
 
jobb oldala 0-homogén:
:<math>-\frac{2x+y}{x+y}=-\frac{2\lamdba x+\lambda y}{\lambda x+\lambda y}=-\frac{2x+y}{x+y}</math>
+
:<math>-\frac{2x+y}{x+y}=-\frac{2\lambda x+\lambda y}{\lambda x+\lambda y}=-\frac{2x+y}{x+y}</math>
  
 
===Egzakt differenciálegynlet===
 
===Egzakt differenciálegynlet===

A lap 2012. szeptember 24., 13:26-kori változata

<Matematika A3a 2008

Tartalomjegyzék

Szeparábilis differenciálegyenlet

1. Feladat. Milyen függvények elégítik ki az alábbi differenciálegynletet. Van-e olyan, mely a 0-ban 0-t vesz föl, illetve a 0-ban 1-et?

y'=\frac{\sin x}{y^6}\,

Megoldás. Nyilván a megoldás sehol sem vehet föl nulla értéket, mert akkor

\frac{\sin x}{y^6(x)}\,

ott nem lenne értelmezve.

A mechanikus megoldási eljárás a következő:

\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=\frac{\sin x}{y^6}\,
y^6\mathrm{d}y=\sin(x)\,\mathrm{d}x\,
\int y^6\mathrm{d}y=\int \sin(x)\,\mathrm{d}x\,
\frac{y^7}{7}=-\cos(x)+C\,

ez az implicit általános megoldás és

y(x)=\sqrt[7]{-7\cos(x)+C}\,

az explicit általános megoldás.

A megoldás mechanikus megkeresése után meg kell jegyeznünk, hogy csak olyan intervallumokra kell szorítkoznunk, ahol az y nem ad nullát. Ezeken belül vannak olyan esetek, melyek nem is differenciálhatók a 7. gyök miatt.

(0,1)-en áthaladó megoldás a C = 8/7-es görbe.

Egzisztencia és unicitás

Legyen f : I \to R, g: J \to R intervallumon értelmezett folytonos függvények, ahol g sehol sem nulla. Ekkor az y: K \to J differenciálható függvény, ahol KI megoldása az

y'=f(x)g(y)\,

ún. szeparábilis diffegyenletnek, ha minden xK-ra:

y'(x)=f(x)g(y(x))\,

Ekkor a helyettesítéses integrálás szabálya miatt

\int\frac{y'}{g(y)}\,dy=G(y)=\int f(x)\,dx=F(x)+C

azaz

G\circ y= F+C\,

ahol G az 1/g egy integrálfüggvénye, F az f-é.

Ennek a függvlnyegyenletnek a differenciálható megoldásai megoldások és ezt nevezzük a diffegyenlet implicit alakban adott általános megoldásának.

Ha G injektív, akkor az explicit általános megoldás globális:

y(x)=G^{-1}(F(x)+C)\,

Ha G nem injektív, de van, ahol a deriváltja nem nulla (tehát 1/g nem konstans, azaz g nem konstans, azaz a feladat nem intézhető el primitív függvény kereséssel), és (x0, y0) olyan, hogy f(x,y)=G(y)-F(x)-C és G(y0)-F(x0)-C=0, akkor az inverzfüggvénytétel értelmében van lokális megoldása x0 körül. Ilyen (x0, y0) a C alkalmas beállításával mindig alálható. (Ezt elhisszük.) Ez a kezdetiérték probléma szeparábilis esetben.

Vannak olyan esetek amikor g felveszi a 0-t. Ekkor a fenti sematikus megoldáson kívül egyéb meoldás is felléphet.

2. Feladat. Oldjuk meg az y'=ay\, egyenletet.

3. Feladat. (1+x^3)dx - x^2ydy=0\,

Függvényegyenletek

4. Feladat. Van-e nemdifferenciálható, de folytonos megoldása az y^2=x^2\, függvényegyenletnek?

5. Feladat. Hány megoldása van az |f(x)|=ex R-en? Hány diffható ebből?


Homogén fokszámú egyenletek

Az F(x,y) n-homogén függvény, ha minden λ esetén

Fxy) = λnF(x,y).

Az y'=F(x,y) egyenlet homogén, ha F(x,y) 0-homogén.

Homogén egyenleteknél az y=ux helyettesítés vezet célra. Akkor

y'=u'x+u

Feladat. (2x+y)dx + (y+x)dy =0 Homogén, mert

y'=-\frac{2x+y}{x+y}

jobb oldala 0-homogén:

-\frac{2x+y}{x+y}=-\frac{2\lambda x+\lambda y}{\lambda x+\lambda y}=-\frac{2x+y}{x+y}

Egzakt differenciálegynlet

Személyes eszközök