ιαφορικές Εξισώσεις Εξαναγκασμένες ταλαντώσεις, Ιδιοτιμές με πολλαπλότητα, Ατελείς ιδιοτιμές Εκθετικά πινάκων Μανόλης Βάβαλης Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Τηλεπικοινωνιών και ικτύων Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας 9 Απριλίου 2013, Βόλος
Εξαναγκασμένες Ταλαντώσεις ~x = A~x + ~ F cos ω t. (1)
Εξαναγκασμένες Ταλαντώσεις Μαντεψιά ~x = A~x + ~ F cos ω t. (1) ~x p = ~c cos ω t,
Εξαναγκασμένες Ταλαντώσεις Μαντεψιά ~x = A~x + ~ F cos ω t. (1) ~x p = ~c cos ω t, ~x p = ω 2 ~c cos ω t.
Εξαναγκασμένες Ταλαντώσεις Μαντεψιά ~x = A~x + ~ F cos ω t. (1) ~x p = ~c cos ω t, ~x p = ω 2 ~c cos ω t. ω 2 ~c cos ω t = A~c cos ω t + ~ F cos ω t
Εξαναγκασμένες Ταλαντώσεις Μαντεψιά ~x = A~x + ~ F cos ω t. (1) ~x p = ~c cos ω t, ~x p = ω 2 ~c cos ω t. ω 2 ~c cos ω t = A~c cos ω t + ~ F cos ω t Οπότε (A + ω 2 I)~c = ~ F. ~c = (A + ω 2 I) 1 ( ~ F).
Παράδειγμα k 1 m 1 k 2 m 2 m 1 = 2, m 2 = 1, k 1 = 4, και k 2 = 2
Παράδειγμα k 1 m 1 k 2 m 2 m 1 = 2, m 2 = 1, k 1 = 4, και k 2 = 2 [ [ 3 1 0 ~x = ~x + cos 3t. 2 2 2
Παράδειγμα k 1 m 1 k 2 m 2 m 1 = 2, m 2 = 1, k 1 = 4, και k 2 = 2 [ [ 3 1 0 ~x = ~x + cos 3t. 2 2 2 ~x c = [ 1 2 (a 1 cos t + b 1 sin t) + [ 1 1 (a 2 cos 2t + b 2 sin 2t).
Παράδειγμα k 1 m 1 k 2 m 2 m 1 = 2, m 2 = 1, k 1 = 4, και k 2 = 2 [ [ 3 1 0 ~x = ~x + cos 3t. 2 2 2 ~x c = [ 1 2 (a 1 cos t + b 1 sin t) + [ 1 1 (a 2 cos 2t + b 2 sin 2t). ηλαδή ([ ) 3 1 + 3 2 2 2 I ~c = (A + ω 2 I)~c = ~ F [ [ 6 1 0 ~c = 2 7 2 ~c = [ 120. 3 10
Παράδειγμα (η λύση) Η γενική λύση της εξίσωσης ~x = A~x + ~ F cos ω t
Παράδειγμα (η λύση) Η γενική λύση της εξίσωσης ~x = A~x + ~ F cos ω t ~x = ~x c + ~x p =
Παράδειγμα (η λύση) Η γενική λύση της εξίσωσης ~x = A~x + ~ F cos ω t ~x = ~x c + ~x p = [ [ [ 1 1 1 (a 2 1 cos t + b 1 sin t)+ (a 1 2 cos 2t + b 2 sin 2t)+ 20 cos 3t. 3 10
Πολλαπλότητες Παράδειγμα A = [ 3 0. 0 3
Πολλαπλότητες Παράδειγμα ιδιοτιμή 3 με A = [ 3 0. 0 3
Πολλαπλότητες Παράδειγμα A = [ 3 0. 0 3 ιδιοτιμή 3 με αλγεβρική πολλαπλότητα 2
Πολλαπλότητες Παράδειγμα A = [ 3 0. 0 3 ιδιοτιμή 3 με αλγεβρική πολλαπλότητα 2 γεωμετρική πολλαπλότητα 2 επειδή υπάρχουν δύο γραμμικά ανεξάρτητα ιδιοδιανύσματα της ιδιοτιμής αυτής
Πολλαπλότητες Παράδειγμα A = [ 3 0. 0 3 ιδιοτιμή 3 με αλγεβρική πολλαπλότητα 2 γεωμετρική πολλαπλότητα 2 επειδή υπάρχουν δύο γραμμικά ανεξάρτητα ιδιοδιανύσματα της ιδιοτιμής αυτής (τα [ 1 0 και [ 01 ).
Πολλαπλότητες Παράδειγμα A = [ 3 0. 0 3 ιδιοτιμή 3 με αλγεβρική πολλαπλότητα 2 γεωμετρική πολλαπλότητα 2 επειδή υπάρχουν δύο γραμμικά ανεξάρτητα ιδιοδιανύσματα της ιδιοτιμής αυτής (τα [ [ 1 0 και 01 ). Το ~x = A~x έχει την εξής γενική λύση ~x = c 1 [ 1 0 e 3t + c 2 [ 0 1 e 3t.
Θεώρημα - Λύσεις με αρνητικές ιδιοτιμές Εστω ο n n πίνακας A ο οποίος έχει n διαφορετικές μεταξύ τους αρνητικές ιδιοτιμές ( ω 2 1 > ω2 2 > > ω2 n), με αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα ~v 1, ~v 2,..., ~v n. Αν ο A είναι αντιστρέψιμος (οπότε και έχουμε ότι ω 1 >0), τότε n ~x(t) = i=1 είναι η γενική λύση του ~x = A~x, ~v i (a i cos ω i t + b i sin ω i t),
Θεώρημα - Λύσεις με αρνητικές ιδιοτιμές Εστω ο n n πίνακας A ο οποίος έχει n διαφορετικές μεταξύ τους αρνητικές ιδιοτιμές ( ω 2 1 > ω2 2 > > ω2 n), με αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα ~v 1, ~v 2,..., ~v n. Αν ο A είναι αντιστρέψιμος (οπότε και έχουμε ότι ω 1 >0), τότε n ~x(t) = i=1 ~v i (a i cos ω i t + b i sin ω i t), είναι η γενική λύση του ~x = A~x, Αν ο A έχει μια μηδενική ιδιοτιμή, (ω 1 = 0), ενώ όλες οι άλλες ιδιοτιμές είναι αρνητικές και διαφορετικές μεταξύ τους τότε η γενική λύση είναι ~x(t) = ~v 1 (a 1 + b 1 t) + n i=2 ~v i (a i cos ω i t + b i sin ω i t).
Θεώρημα - Λύσεις με πολλαπλότητα Εστω ~x = P~x. Αν P είναι ένα n n πίνακας ο οποίος έχει τις εξής n πραγματικές ιδιοτιμές (οι οποίες δεν είναι απαραίτητα διαφορετικές μεταξύ τους), λ 1,..., λ n, και αν σε αυτές αντιστοιχούν τα εξής n γραμμικά ανεξάρτητα ιδιοδιανύσματα ~v 1,..., ~v n, τότε η γενική λύση του συστήματος Σ Ε μπορεί να γραφθεί ως εξής ~x = c 1 ~v 1 e λ 1t + c2 ~v 2 e λ 2t + + cn ~v n e λnt.
Θεώρημα - Λύσεις με αρνητικές ιδιοτιμές Εστω ο n n πίνακας A ο οποίος έχει n διαφορετικές μεταξύ τους αρνητικές ιδιοτιμές ( ω 2 1 > ω2 2 > > ω2 n), με αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα ~v 1, ~v 2,..., ~v n. Αν ο A είναι αντιστρέψιμος (οπότε και έχουμε ότι ω 1 >0), τότε n ~x(t) = i=1 είναι η γενική λύση του ~x = A~x, ~v i (a i cos ω i t + b i sin ω i t),
Θεώρημα - Λύσεις με αρνητικές ιδιοτιμές Εστω ο n n πίνακας A ο οποίος έχει n διαφορετικές μεταξύ τους αρνητικές ιδιοτιμές ( ω 2 1 > ω2 2 > > ω2 n), με αντίστοιχα ιδιοδιανύσματα ~v 1, ~v 2,..., ~v n. Αν ο A είναι αντιστρέψιμος (οπότε και έχουμε ότι ω 1 >0), τότε n ~x(t) = i=1 ~v i (a i cos ω i t + b i sin ω i t), είναι η γενική λύση του ~x = A~x, Αν ο A έχει μια μηδενική ιδιοτιμή, (ω 1 = 0), ενώ όλες οι άλλες ιδιοτιμές είναι αρνητικές και διαφορετικές μεταξύ τους τότε η γενική λύση είναι ~x(t) = ~v 1 (a 1 + b 1 t) + n i=2 ~v i (a i cos ω i t + b i sin ω i t).
Ατελείς ιδιοτιμές ατελής ιδιοτιμή κάθε ιδιοτιμή με αλγεβρική πολλαπλότητα μεγαλύτερη από την γεωμετρική.
Ατελείς ιδιοτιμές ατελής ιδιοτιμή κάθε ιδιοτιμή με αλγεβρική πολλαπλότητα μεγαλύτερη από την γεωμετρική. Παράδειγμα [ 3 1 0 3
Ατελείς ιδιοτιμές ατελής ιδιοτιμή κάθε ιδιοτιμή με αλγεβρική πολλαπλότητα μεγαλύτερη από την γεωμετρική. Παράδειγμα [ 3 1 0 3 [ 0 1 0 0 [ v1 v2 = ~ 0.
Ατελείς ιδιοτιμές ατελής ιδιοτιμή κάθε ιδιοτιμή με αλγεβρική πολλαπλότητα μεγαλύτερη από την γεωμετρική. Παράδειγμα [ 3 1 0 3 [ v10. [ 0 1 0 0 [ v1 v2 = ~ 0.
~x = A~x, A = [ 3 1 0 3 Γενικευμένα ιδιοδιανύσματα
Γενικευμένα ιδιοδιανύσματα ~x = A~x, A = [ 3 1 0 3 λ = 3 (αλγεβρικής) πολλαπλότητας 2 και ατέλεια 1 με ιδιοδιάνυσμα ~v 1 = [ 1 0
Γενικευμένα ιδιοδιανύσματα ~x = A~x, A = [ 3 1 0 3 λ = 3 (αλγεβρικής) πολλαπλότητας 2 και ατέλεια 1 με ιδιοδιάνυσμα ~v 1 = [ 1 0 Μία λύση ~x 1 = ~v 1 e 3t. Άλλη λύση ~x 2 = (~v 2 + ~v 1 t) e 3t.
Γενικευμένα ιδιοδιανύσματα ~x = A~x, A = [ 3 1 0 3 λ = 3 (αλγεβρικής) πολλαπλότητας 2 και ατέλεια 1 με ιδιοδιάνυσμα ~v 1 = [ 1 0 Μία λύση ~x 1 = ~v 1 e 3t. Άλλη λύση ~x 2 = (~v 2 + ~v 1 t) e 3t. ~x 2 = ~v 1 e 3t + 3(~v 2 + ~v 1 t) e 3t = (3~v 2 + ~v 1 ) e 3t + 3~v 1 te 3t.
Γενικευμένα ιδιοδιανύσματα ~x = A~x, A = [ 3 1 0 3 λ = 3 (αλγεβρικής) πολλαπλότητας 2 και ατέλεια 1 με ιδιοδιάνυσμα ~v 1 = [ 1 0 Μία λύση ~x 1 = ~v 1 e 3t. Άλλη λύση ~x 2 = (~v 2 + ~v 1 t) e 3t. ~x 2 = ~v 1 e 3t + 3(~v 2 + ~v 1 t) e 3t = (3~v 2 + ~v 1 ) e 3t + 3~v 1 te 3t. A~x 2 = A(~v 2 + ~v 1 t) e 3t = A~v 2 e 3t + A~v 1 te 3t.
Γενικευμένα ιδιοδιανύσματα ~x = A~x, A = [ 3 1 0 3 λ = 3 (αλγεβρικής) πολλαπλότητας 2 και ατέλεια 1 με ιδιοδιάνυσμα ~v 1 = [ 1 0 Μία λύση ~x 1 = ~v 1 e 3t. Άλλη λύση ~x 2 = (~v 2 + ~v 1 t) e 3t. ~x 2 = ~v 1 e 3t + 3(~v 2 + ~v 1 t) e 3t = (3~v 2 + ~v 1 ) e 3t + 3~v 1 te 3t. A~x 2 = A(~v 2 + ~v 1 t) e 3t = A~v 2 e 3t + A~v 1 te 3t. 3~v 2 + ~v 1 = A~v 2 και 3~v 1 = A~v 1.
Γενικευμένα ιδιοδιανύσματα ~x = A~x, A = [ 3 1 0 3 λ = 3 (αλγεβρικής) πολλαπλότητας 2 και ατέλεια 1 με ιδιοδιάνυσμα ~v 1 = [ 1 0 Μία λύση ~x 1 = ~v 1 e 3t. Άλλη λύση ~x 2 = (~v 2 + ~v 1 t) e 3t. ~x 2 = ~v 1 e 3t + 3(~v 2 + ~v 1 t) e 3t = (3~v 2 + ~v 1 ) e 3t + 3~v 1 te 3t. A~x 2 = A(~v 2 + ~v 1 t) e 3t = A~v 2 e 3t + A~v 1 te 3t. 3~v 2 + ~v 1 = A~v 2 και 3~v 1 = A~v 1. (A 3I)~v 1 = ~ 0, και (A 3I)~v 2 = ~v 1.
Γενικευμένα ιδιοδιανύσματα ~x = A~x, A = [ 3 1 0 3 λ = 3 (αλγεβρικής) πολλαπλότητας 2 και ατέλεια 1 με ιδιοδιάνυσμα ~v 1 = [ 1 0 Μία λύση ~x 1 = ~v 1 e 3t. Άλλη λύση ~x 2 = (~v 2 + ~v 1 t) e 3t. ~x 2 = ~v 1 e 3t + 3(~v 2 + ~v 1 t) e 3t = (3~v 2 + ~v 1 ) e 3t + 3~v 1 te 3t. A~x 2 = A(~v 2 + ~v 1 t) e 3t = A~v 2 e 3t + A~v 1 te 3t. 3~v 2 + ~v 1 = A~v 2 και 3~v 1 = A~v 1. (A 3I)~v 1 = ~ 0, και (A 3I)~v 2 = ~v 1. (A 3I)(A 3I)~v 2 = ~ 0, ή (A 3I) 2 ~v 2 = ~ 0.
Παράδειγμα (A 3I) 2 = 0. Το κάθε ~v 2 είναι λύση του (A 3I) 2 ~v 2 = ~ 0. Άρα αρκεί (A 3I)~v 2 = ~v 1.
Παράδειγμα (A 3I) 2 = 0. Το κάθε ~v 2 είναι λύση του (A 3I) 2 ~v 2 = ~ 0. Άρα αρκεί (A 3I)~v 2 = ~v 1. [ [ [ 0 1 a 1 =. 0 0 b 0
Παράδειγμα (A 3I) 2 = 0. Το κάθε ~v 2 είναι λύση του (A 3I) 2 ~v 2 = ~ 0. Άρα αρκεί (A 3I)~v 2 = ~v 1. [ [ [ 0 1 a 1 =. 0 0 b 0 Εστω a = 0 b = 1. Άρα ~v 2 = [ 0 1.
Παράδειγμα (A 3I) 2 = 0. Το κάθε ~v 2 είναι λύση του (A 3I) 2 ~v 2 = ~ 0. Άρα αρκεί (A 3I)~v 2 = ~v 1. [ [ [ 0 1 a 1 =. 0 0 b 0 Εστω a = 0 b = 1. Άρα ~v 2 = [ 0 1. Η γενική λύση του ~x = A~x είναι ~x = c 1 [ 1 0 e 3t + c 2 ([ 0 1 [ ) 1 + t e 0 3t = [ c1 e 3t + c 2 te 3t c 2 e 3t.
Αλγόριθμος - λ πολλαπλότητας 2 ατέλειας 1 Βρες το ιδιοδιάνυσμα ~v 1 του λ.
Αλγόριθμος - λ πολλαπλότητας 2 ατέλειας 1 Βρες το ιδιοδιάνυσμα ~v 1 του λ. Μετά πρέπει να βρούμε ένα ~v 2 τέτοιο ώστε (A 3I) 2 ~v 2 = ~ 0, (A 3I)~v 2 = ~v 1.
Αλγόριθμος - λ πολλαπλότητας 2 ατέλειας 1 Βρες το ιδιοδιάνυσμα ~v 1 του λ. Μετά πρέπει να βρούμε ένα ~v 2 τέτοιο ώστε (A 3I) 2 ~v 2 = ~ 0, (A 3I)~v 2 = ~v 1. ύο γραμμικά ανεξάρτητες λύσεις ~x 1 = ~v 1 e λt, ~x 2 = (~v 2 + ~v 1 t) e λt.
Αλγόριθμος - λ πολλαπλότητας m Βρες τα γενικευμένα ιδιοδιανύσματα (A λi) k ~v = ~ 0, αλλά (A λi) k 1 ~v ~ 0.
Αλγόριθμος - λ πολλαπλότητας m Βρες τα γενικευμένα ιδιοδιανύσματα (A λi) k ~v = ~ 0, αλλά (A λi) k 1 ~v ~ 0. Για κάθε ιδιοδιάνυσμα ~v 1 βρες μια σειρά γενικευμένων ιδιοδιανυσμάτων ~v 2... ~v k τέτοια ώστε: (A λi)~v 1 = ~ 0, (A λi)~v 2 = ~v 1,. (A λi)~v k = ~v k 1.
Αλγόριθμος - λ πολλαπλότητας m Βρες τα γενικευμένα ιδιοδιανύσματα (A λi) k ~v = ~ 0, αλλά (A λi) k 1 ~v ~ 0. Για κάθε ιδιοδιάνυσμα ~v 1 βρες μια σειρά γενικευμένων ιδιοδιανυσμάτων ~v 2... ~v k τέτοια ώστε: (A λi)~v 1 = ~ 0, (A λi)~v 2 = ~v 1,. (A λi)~v k = ~v k 1. Οι γραμμικά ανεξάρτητες λύσεις ~x 1 = ~v 1 e λt, ~x 2 = (~v 2 + ~v 1 t) e λt,.
Εκθετικά μαντεψιά ~x = P~x, ~x = e Pt.
Εκθετικά μαντεψιά ~x = P~x, ~x = e Pt. e at = 1 + at + (at)2 2 + (at)3 6 + (at)4 24 + = k=0 (at) k. k!
Εκθετικά μαντεψιά ~x = P~x, ~x = e Pt. e at = 1 + at + (at)2 2 + (at)3 6 + (at)4 24 + = k=0 (at) k. k! a+a 2 t+ a3 t 2 2 +a4 t 3 6 + = a ( 1 + at + (at)2 2 + (at)3 6 + ) = ae at
Εκθετικά Πινάκων e A ορισμός = I + A + 1 2 A2 + 1 6 A3 + + 1 k! Ak +
Εκθετικά Πινάκων e A ορισμός = I + A + 1 2 A2 + 1 6 A3 + + 1 k! Ak + d ( e tp ) = Pe dt tp.
Θεώρημα Εάν P είναι ένας n n πίνακας, τότε η γενική λύση του ~x = P~x είναι ~x = e tp ~c, όπου ~c είναι ένα οποιοδήποτε σταθερό διάνυσμα. Μάλιστα ισχύει η σχέση ~x(0) = ~c.
Πρόβλημα Εάν AB = BA τότε e A+B = e A e B. Ειδάλλως έχουμε e A+B e A e B.
Απλές περιπτώσεις ιαγώνιοι πίνακες Πίνακες τ.ω. A k = 0 για k >2.
Απλές περιπτώσεις - ιαγώνιοι Πίνακες Εστω D = [ a 0 0 b
Απλές περιπτώσεις - ιαγώνιοι Πίνακες Εστω D = [ a 0 0 b D k = [ a k 0 0 b k.
Απλές περιπτώσεις - ιαγώνιοι Πίνακες Εστω D = [ a 0 0 b D k = [ a k 0 0 b k. e D = I + D + 1 2 D2 + 1 6 D3 +
Απλές περιπτώσεις - ιαγώνιοι Πίνακες Εστω D = [ a 0 0 b e D = [ 1 0 + 0 1 D k = [ a k 0 0 b k. e D = I + D + 1 2 D2 + 1 6 D3 + [ a 0 + 1 0 b 2 [ a 2 0 0 b 2 + 1 6 [ a 3 0 0 b 3 +
Απλές περιπτώσεις - ιαγώνιοι Πίνακες Εστω D = [ a 0 0 b e D = [ 1 0 + 0 1 D k = [ a k 0 0 b k. e D = I + D + 1 2 D2 + 1 6 D3 + [ a 0 + 1 0 b 2 e D = [ a 2 0 0 b 2 [ e a 0 0 e b. + 1 6 [ a 3 0 0 b 3 +
Απλές περιπτώσεις - ιαγώνιοι Πίνακες Εστω D = [ a 0 0 b e D = [ 1 0 + 0 1 και παρεμπιπτόντως [ e I e 0 = 0 e D k = [ a k 0 0 b k. e D = I + D + 1 2 D2 + 1 6 D3 + [ a 0 + 1 0 b 2 e D = [ a 2 0 0 b 2 [ e a 0 0 e b. και e ai = + 1 6 [ a 3 0 0 b 3 + [ e a 0 0 e a.
Απλές περιπτώσεις - μη- ιαγώνιοι Πίνακες Εστω A = [ 5 3 3 1
Απλές περιπτώσεις - μη- ιαγώνιοι Πίνακες Εστω A = [ 5 3 3 1 = [ 3 3 3 3 + 2I = B + 2I
Απλές περιπτώσεις - μη- ιαγώνιοι Πίνακες [ [ Εστω A = 5 3 3 1 = 3 3 3 3 + 2I = B + 2I Οι tb και 2tI αντιμετατίθενται, άρα e ta = e tb+2ti
Απλές περιπτώσεις - μη- ιαγώνιοι Πίνακες [ [ Εστω A = 5 3 3 1 = 3 3 3 3 + 2I = B + 2I Οι tb και 2tI αντιμετατίθενται, άρα e ta = e tb+2ti = e tb e 2tI =
Απλές περιπτώσεις - μη- ιαγώνιοι Πίνακες [ 5 3 [ 3 3 + 2I = B + 2I Εστω A = 3 1 = 3 3 Οι tb και 2tI αντιμετατίθενται, [ άρα e ta = e tb+2ti = e tb e 2tI = e tb e 2t 0 0 e 2t
Απλές περιπτώσεις - μη- ιαγώνιοι Πίνακες [ [ Εστω A = 5 3 3 1 = 3 3 3 3 + 2I = B + 2I Οι tb και 2tI αντιμετατίθενται, [ άρα e ta = e tb+2ti = e tb e 2tI = e tb e 2t 0 0 e 2t Όμως B 2 = 0
Απλές περιπτώσεις - μη- ιαγώνιοι Πίνακες [ [ Εστω A = 5 3 3 1 = 3 3 3 3 + 2I = B + 2I Οι tb και 2tI αντιμετατίθενται, [ άρα e ta = e tb+2ti = e tb e 2tI = e tb e 2t 0 0 e 2t Όμως B 2 = 0 B k = 0 k 2
Απλές περιπτώσεις - μη- ιαγώνιοι Πίνακες [ [ Εστω A = 5 3 3 1 = 3 3 3 3 + 2I = B + 2I Οι tb και 2tI αντιμετατίθενται, [ άρα e ta = e tb+2ti = e tb e 2tI = e tb e 2t 0 0 e 2t Όμως[ B 2 = 0 B k = 0 k 2 άρα e ta e 2t [ 0 1 + 3t 3t = 0 e 2t = 3t 1 3t [ (1 + 3t) e 2t 3te 2t 3te 2t (1 3t) e 2t.
Γενική περίπτωση Βασικό εργαλείο e BAB 1 = Be A B 1
Γενική περίπτωση Βασικό εργαλείο e BAB 1 = Be A B 1 (BAB 1 ) k = BA k B 1.
Γενική περίπτωση Βασικό εργαλείο e BAB 1 = Be A B 1 (BAB 1 ) k = BA k B 1. e BAB 1 = I + BAB 1 + 1 2 (BAB 1 ) 2 + 1 6 (BAB 1 ) 3 + = BB 1 + BAB 1 + 1 2 BA2 B 1 + 1 6 BA3 B 1 + = B ( I + A + 1 2 A2 + 1 )B 6 A3 + 1 = Be A B 1.
Η λύση με εκθετικά Εστω λ 1,..., λ n οι ιδιοτιμές και ~v 1,..., ~v n τα (γραμμικά ανεξάρτητα) ιδιοδιανύσματα του A.
Η λύση με εκθετικά Εστω λ 1,..., λ n οι ιδιοτιμές και ~v 1,..., ~v n τα (γραμμικά ανεξάρτητα) ιδιοδιανύσματα του A. Εστω E ο πίνακας ο οποίος έχει σαν στήλες τα ιδιοδιανύσματα του A.
Η λύση με εκθετικά Εστω λ 1,..., λ n οι ιδιοτιμές και ~v 1,..., ~v n τα (γραμμικά ανεξάρτητα) ιδιοδιανύσματα του A. Εστω E ο πίνακας ο οποίος έχει σαν στήλες τα ιδιοδιανύσματα του A. Τότε e ta = Ee td E 1 = E e λ 1t 0 0 0 e λ 2t 0...... 0 0 e λnt E 1.
[ x y = Παράδειγμα [ [ 1 2 x, x(0) = 4 y(0) = 2. 2 1 y
Παράδειγμα [ x [ [ 1 2 x =, x(0) = 4 y(0) = 2. y 2 1 y [ Ιδιοτιμές: 3 και 1, ιδιοδιανύσματα: 11 [ και 1 1.
Παράδειγμα [ x [ [ 1 2 x =, x(0) = 4 y(0) = 2. y 2 1 y [ Ιδιοτιμές: 3 και 1, ιδιοδιανύσματα: 11 [ και 1 1. e ta = = [ [ [ 1 1 e 3t 0 1 1 1 1 1 0 e t 1 1 [ [ [ 1 1 e 3t 0 1 1 1 1 1 0 e t 2 1 1 [ e 3t e t e 3t + e t = 1 2 e 3t + e t e 3t e t [ e 3t +e t = 2 e 3t e t 2 e 3t e t 2 e 3t +e. t 2
Παράδειγμα [ x [ [ 1 2 x =, x(0) = 4 y(0) = 2. y 2 1 y [ Ιδιοτιμές: 3 και 1, ιδιοδιανύσματα: 11 [ και 1 1. e ta = = [ [ [ 1 1 e 3t 0 1 1 1 1 1 0 e t 1 1 [ [ [ 1 1 e 3t 0 1 1 1 1 1 0 e t 2 1 1 [ e 3t e t e 3t + e t = 1 2 e 3t + e t [ [ x e 3t +e t = 2 y e 3t e t 2 e 3t e t e 3t e [4 t 2 e 3t +e t = 2 2 [ e 3t +e t = 2 e 3t e t 2 [ 3e 3t + e t 3e 3t e t e 3t e t 2 e 3t +e. t 2.
Ολοκληρωτικός παράγοντας - Γενικευμένη λύση ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t)
Ολοκληρωτικός παράγοντας - Γενικευμένη λύση ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t) ~x (t) + P~x(t) = ~ f(t),
Ολοκληρωτικός παράγοντας - Γενικευμένη λύση ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t) ~x (t) + P~x(t) = ~ f(t), Όμως Pe tp = e tp P e tp ~x (t) + e tp P~x(t) = e tp ~ f(t).
Ολοκληρωτικός παράγοντας - Γενικευμένη λύση ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t) ~x (t) + P~x(t) = ~ f(t), e tp ~x (t) + e tp P~x(t) = e tp ~ f(t). Όμως Pe tp = e tp P και d dt ( e tp ) = Pe tp
Ολοκληρωτικός παράγοντας - Γενικευμένη λύση ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t) ~x (t) + P~x(t) = ~ f(t), e tp ~x (t) + e tp P~x(t) = e tp ~ f(t). Όμως Pe tp = e tp P και d dt ( e tp ) = Pe tp άρα d ( e tp ~x(t)) = e dt tp ~ f(t).
Ολοκληρωτικός παράγοντας - Γενικευμένη λύση ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t) ~x (t) + P~x(t) = ~ f(t), e tp ~x (t) + e tp P~x(t) = e tp ~ f(t). Όμως Pe tp = e tp P και d dt ( e tp ) = Pe tp άρα d ( e tp ~x(t)) = e dt tp ~ f(t). e tp ~x(t) = e tp ~ f(t) dt + ~c.
Ολοκληρωτικός παράγοντας - Γενικευμένη λύση ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t) ~x (t) + P~x(t) = ~ f(t), e tp ~x (t) + e tp P~x(t) = e tp ~ f(t). Όμως Pe tp = e tp P και d dt ( e tp ) = Pe tp άρα d ( e tp ~x(t)) = e dt tp ~ f(t). e tp ~x(t) = ~x(t) = e tp e tp ~ f(t) dt + ~c. e tp ~ f(t) dt + e tp ~c.
Ολοκληρωτικός παράγοντας - Αρχικές συνθήκες ~x (t) + P~x(t) = ~ f(t), ~x(0) = ~ b.
Ολοκληρωτικός παράγοντας - Αρχικές συνθήκες ~x (t) + P~x(t) = ~ f(t), ~x(0) = ~ b. ~x(t) = e tp t 0 e sp ~ f(s) ds + e tp ~ b.
Ολοκληρωτικός παράγοντας - Αρχικές συνθήκες ~x (t) + P~x(t) = ~ f(t), ~x(0) = ~ b. ~x(t) = e tp t ~x(0) = e 0P 0 0 0 e sp ~ f(s) ds + e tp ~ b. e sp ~ f(s) ds + e 0P ~ b = I ~ b = ~ b.
Παράδειγμα x 1 + 5x 1 3x 2 = e t, x 2 + 3x 1 x 2 = 0, x 1 (0) = 1, x 2 (0) = 0
Παράδειγμα x 1 + 5x 1 3x 2 = e t, x 2 + 3x 1 x 2 = 0, x 1 (0) = 1, x 2 (0) = 0 ~x + [ 5 3 ~x = 3 1 [ e t [ 1, ~x(0) =. 0 0
Παράδειγμα x 1 + 5x 1 3x 2 = e t, x 2 + 3x 1 x 2 = 0, x 1 (0) = 1, x 2 (0) = 0 [ 5 3 ~x + ~x = 3 1 [ (1 + 3t) e 2t 3te 2t e tp = 3te 2t [ e t [ 1, ~x(0) =. 0 0 (1 3t) e 2t.
Παράδειγμα t 0 x 1 + 5x 1 3x 2 = e t, x 2 + 3x 1 x 2 = 0, x 1 (0) = 1, x 2 (0) = 0 [ 5 3 ~x + ~x = 3 1 [ (1 + 3t) e 2t 3te 2t e tp = e sp ~ f(s) ds = t 0 t = 0 [ e t [ 1, ~x(0) =. 0 0 3te 2t (1 3t) e 2t [ (1 + 3s) e 2s 3se 2s 3se 2s [ (1 + 3s) e 3s 3se 3s. (1 3s) e 2s ds = [ [ e s 0 te 3t (3t 1) e 3t +1 3 ds.
Παράδειγμα (συνέχεια) ~x(t) = e tp t = = = 0 e sp ~ f(s) ds + e tp ~ b [ (1 3t) e 2t 3te 2t [ [ et 3te 2t te 2t ( 3 + 13 + t ) e 2t (1 2t) e 2t (1 + 3t) e 2t et 3 + ( 13 2t ) e 2t +. [ te 3t (3t 1) e 3t +1 3 [ (1 3t) e 2t 3te 2t [ (1 3t) e 2t + 3te 2t
Παράδειγμα (συνέχεια) ~x(t) = e tp t 0 e sp ~ f(s) ds + e tp ~ b = [ (1( 2t) e 2t et 3 + 13 2t ) e 2t.
Παράδειγμα (συνέχεια) ~x(t) = e tp t = = = 0 e sp ~ f(s) ds + e tp ~ b [ (1 3t) e 2t 3te 2t [ [ et 3te 2t te 2t ( 3 + 13 + t ) e 2t (1 2t) e 2t (1 + 3t) e 2t et 3 + ( 13 2t ) e 2t +. [ te 3t (3t 1) e 3t +1 3 [ (1 3t) e 2t 3te 2t [ (1 3t) e 2t + 3te 2t
Παραγοντοποίηση ιδιοδιανυσμάτων ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t). (2)
Παραγοντοποίηση ιδιοδιανυσμάτων ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t). (2) ~v 1,...,~v n γραμμικά ανεξάρτητα ιδιοδιανύσματα του A.
Παραγοντοποίηση ιδιοδιανυσμάτων ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t). (2) ~v 1,...,~v n γραμμικά ανεξάρτητα ιδιοδιανύσματα του A. Εστω ~x(t) = ~v 1 ξ 1 (t) + ~v 2 ξ 2 (t) + + ~v n ξ n (t). (3) και ~ f(t) = ~v 1 g 1 (t) + ~v 2 g 2 (t) + + ~v n g n (t). (4)
Παραγοντοποίηση ιδιοδιανυσμάτων ~x (t) = A~x(t) + ~ f(t). (2) ~v 1,...,~v n γραμμικά ανεξάρτητα ιδιοδιανύσματα του A. Εστω και ~x(t) = ~v 1 ξ 1 (t) + ~v 2 ξ 2 (t) + + ~v n ξ n (t). (3) ~ f(t) = ~v 1 g 1 (t) + ~v 2 g 2 (t) + + ~v n g n (t). (4) ~x = ~v 1 ξ 1 + ~v 2 ξ 2 + + ~v n ξ n = A (~v 1 ξ 1 + ~v 2 ξ 2 + + ~v n ξ n ) + ~v 1 g 1 + ~v 2 g 2 + + ~v n g n = A~v 1 ξ 1 + A~v 2 ξ 2 + + A~v n ξ n + ~v 1 g 1 + ~v 2 g 2 + + ~v n g n = ~v 1 λ 1 ξ 1 + ~v 2 λ 2 ξ 2 + + ~v n λ n ξ n + ~v 1 g 1 + ~v 2 g 2 + + ~v n g n = ~v 1 (λ 1 ξ 1 + g 1 ) + ~v 2 (λ 2 ξ 2 + g 2 ) + + ~v n (λ n ξ n + g n ).
Παραγοντοποίηση ιδιοδιανυσμάτων (συνέχεια) ξ 1 = λ 1 ξ 1 + g 1, ξ 2 = λ 2 ξ 2 + g 2,. ξ n = λ n ξ n + g n.
Παραγοντοποίηση ιδιοδιανυσμάτων (συνέχεια) ξ 1 = λ 1 ξ 1 + g 1, ξ 2 = λ 2 ξ 2 + g 2,. ξ n = λ n ξ n + g n. ξ k (t) λ k ξ k (t) = g k (t).
Παραγοντοποίηση ιδιοδιανυσμάτων (συνέχεια) ξ 1 = λ 1 ξ 1 + g 1, ξ 2 = λ 2 ξ 2 + g 2,. ξ n = λ n ξ n + g n. ξ k (t) λ k ξ k (t) = g k (t). d [ ξk (t) e dx λ kt = e λkt g k (t).
Παραγοντοποίηση ιδιοδιανυσμάτων (συνέχεια) ξ 1 = λ 1 ξ 1 + g 1, ξ 2 = λ 2 ξ 2 + g 2,. ξ n = λ n ξ n + g n. ξ k (t) λ k ξ k (t) = g k (t). d [ ξk (t) e dx λ kt = e λkt g k (t). ξ k (t) = e λ kt e λ kt g k (t) dt + C k e λ kt.
Παραγοντοποίηση ιδιοδιανυσμάτων (συνέχεια) t ξ k (t) = e λ kt e λks g k (s) dt + a k e λkt, 0
Παραγοντοποίηση ιδιοδιανυσμάτων (συνέχεια) t ξ k (t) = e λ kt e λks g k (s) dt + a k e λkt, 0 ~x(t) = ~v 1 ξ 1 (t) + ~v 2 ξ 2 (t) + + ~v n ξ n (t) η οποία ικανοποιεί την ~x(0) = ~ b, επειδή ξ k (0) = a k.
Παράδειγμα ~x = [ 1 3 3 1 ~x + ~ f όπου ~ f(t) = [ 2e t 2t για ~x(0) = [ 3/16 5/16.
~x = [ 1 3 3 1 Παράδειγμα ~x + ~ f όπου ~ f(t) = [ 2e t 2t για ~x(0) = [ 3/16 5/16. Ιδιοτιμές 2 και 4 ιδιοδιανύσματα [ 1 1 και [ 11.
Παράδειγμα ~x = [ 1 3 3 1 ~x + ~ f όπου ~ f(t) = [ 2e t 2t Ιδιοτιμές 2 και 4 ιδιοδιανύσματα [ 1 E = για ~x(0) = [ 1 1, E 1 1 1 = 1 2 [ 3/16 5/16. [ 1 και 11. [ 1 1. 1 1
Παράδειγμα ~x = [ 1 3 3 1 ~x + ~ f όπου ~ f(t) = [ 2e t 2t Ιδιοτιμές 2 και 4 ιδιοδιανύσματα [ 1 E = [ ~x = 1 1 ξ1 + [ 1 1 ξ2, [ ~x(0) = 3/16 5/16 = για ~x(0) = [ 1 1, E 1 1 1 = 1 2 ~ f = [ 2e t 2t [ 1 1 a1 + [ 1 1 a2, [ 3/16 5/16. [ 1 και 11. [ 1 1. 1 1 = [ 1 1 g1 + [ 1 1 g2 και
Παράδειγμα ~x = [ 1 3 3 1 ~x + ~ f όπου ~ f(t) = [ 2e t 2t Ιδιοτιμές 2 και 4 ιδιοδιανύσματα [ 1 E = [ ~x = 1 1 ξ1 + [ 1 1 ξ2, [ ~x(0) = 3/16 5/16 = [ g1 g 2 για ~x(0) = [ 1 1, E 1 1 1 = 1 2 ~ f = [ 2e t 2t [ 1 1 a1 + [ 1 1 a2, όπου [ = E 1 2e t = 1 2t 2 [ 3/16 5/16. [ 1 και 11. [ 1 1. 1 1 = [ 1 1 g1 + [ 1 1 g2 και [ 1 1 1 1 [ 2e t 2t = [ e t t e t + t
Παράδειγμα ~x = [ 1 3 3 1 ~x + ~ f όπου ~ f(t) = [ 2e t 2t Ιδιοτιμές 2 και 4 ιδιοδιανύσματα [ 1 E = [ ~x = 1 1 ξ1 + [ 1 1 ξ2, [ ~x(0) = 3/16 5/16 = [ g1 g 2 για ~x(0) = [ 1 1, E 1 1 1 = 1 2 ~ f = [ 2e t 2t [ 1 1 a1 + [ 1 1 a2, όπου [ = E 1 2e t = 1 2t 2 [ 3/16 5/16. [ 1 και 11. [ 1 1. 1 1 = [ 1 1 g1 + [ 1 1 g2 και [ 1 1 1 1 [ [ a1 316 = E a 1 5 2 16 [ 2e t 2t [ 14 =. 1 16 = [ e t t e t + t
Παράδειγμα (συνέχεια) Αντικαθιστούμε, εξισώνουμε τους συντελεστές των ιδιοδιανυσμάτων και παίρνουμε ξ 1 = 2ξ 1 + e t t, όπου ξ 1 (0) = a 1 = 1 4, ξ 2 = 4ξ 2 + e t + t, όπου ξ 2 (0) = a 2 = 1 16.
Παράδειγμα (συνέχεια) Αντικαθιστούμε, εξισώνουμε τους συντελεστές των ιδιοδιανυσμάτων και παίρνουμε ξ 1 = 2ξ 1 + e t t, όπου ξ 1 (0) = a 1 = 1 4, ξ 2 = 4ξ 2 + e t + t, ξ 1 = e 2t ξ 2 = e 4t όπου ξ 2 (0) = a 2 = 1 16. e 2t (e t t) dt + C 1 e 2t = et 3 t 2 + 1 4 + C 1e 2t. e 4t (e t + t) dt + C 2 e 4t = et 3 t 4 1 16 + C 2e 4t.
Παράδειγμα (συνέχεια) Αντικαθιστούμε, εξισώνουμε τους συντελεστές των ιδιοδιανυσμάτων και παίρνουμε ξ 1 = 2ξ 1 + e t t, όπου ξ 1 (0) = a 1 = 1 4, ξ 2 = 4ξ 2 + e t + t, ξ 1 = e 2t ξ 2 = e 4t όπου ξ 2 (0) = a 2 = 1 16. e 2t (e t t) dt + C 1 e 2t = et 3 t 2 + 1 4 + C 1e 2t. e 4t (e t + t) dt + C 2 e 4t = et 3 t 4 1 16 + C 2e 4t. Επειδή ξ 1 (0) = 1/4 και ξ 2 (0) = 1/16 έχουμε C 1 = 1 /3 και C 2 = 1/3
Παράδειγμα (συνέχεια) Αντικαθιστούμε, εξισώνουμε τους συντελεστές των ιδιοδιανυσμάτων και παίρνουμε ξ 1 = 2ξ 1 + e t t, όπου ξ 1 (0) = a 1 = 1 4, ξ 2 = 4ξ 2 + e t + t, ξ 1 = e 2t ξ 2 = e 4t όπου ξ 2 (0) = a 2 = 1 16. e 2t (e t t) dt + C 1 e 2t = et 3 t 2 + 1 4 + C 1e 2t. e 4t (e t + t) dt + C 2 e 4t = et 3 t 4 1 16 + C 2e 4t. Επειδή ξ 1 (0) = 1/4 και ξ 2 (0) = 1/16 έχουμε C 1 = 1 /3 και C 2 = 1/3 και η λύση είναι ~x(t) = [ e 4t e 2t 3 + 3 12t 16 e 2t +e 4t +2e t 3 + 4t 5 16.
~x = [ 1 0 2 1 Απροσδιόριστοι Συντελεστές ~x + [ e t t.
[ 1 0 2 1 Απροσδιόριστοι Συντελεστές. ~x = ~x + [ e t t Ιδιοτιμές 1, 1. Ιδιοδιανύσματα [ [ 1 1 και 01 Άρα ~x c = α 1 [ 1 1 e t + α 2 [ 0 1 e t,
[ 1 0 2 1 Απροσδιόριστοι Συντελεστές. ~x = ~x + [ e t t Ιδιοτιμές 1, 1. Ιδιοδιανύσματα [ [ 1 1 και 01 Άρα ~x c = α 1 [ 1 1 e t + α 2 [ 0 1 Μαντεψιά ~x = ~ae t + ~ bte t + ~ct + ~d όπου ~a = [ a 1 [ a 2, ~ b b1 = b 2, ~c = [ c 1 c2, και ~d = [ d 1 e t, d 2,
[ 1 0 2 1 Απροσδιόριστοι Συντελεστές. ~x = ~x + [ e t t Ιδιοτιμές 1, 1. Ιδιοδιανύσματα [ [ 1 1 και 01 Άρα ~x c = α 1 [ 1 1 e t + α 2 [ 0 1 Μαντεψιά ~x = ~ae t + ~ bte t + ~ct + ~d όπου ~a = [ a 1 [ a 2, ~ b b1 = b 2, ~c = [ c 1 c2, και ~d = [ d 1 ~x = [ a 1 2a 1 + a 2 [ e t + b 1 2b 1 + b 2 e t, d 2, [ te t c + 1 2c 1 + c 2 [ t+ d 1 2d 1 + d 2
[ 1 0 2 1 Απροσδιόριστοι Συντελεστές. ~x = ~x + [ e t t Ιδιοτιμές 1, 1. Ιδιοδιανύσματα [ [ 1 1 και 01 Άρα ~x c = α 1 [ 1 1 e t + α 2 [ 0 1 Μαντεψιά ~x = ~ae t + ~ bte t + ~ct + ~d όπου ~a = [ a 1 [ a 2, ~ b b1 = b 2, ~c = [ c 1 c2, και ~d = [ d 1 ~x = [ ~x = a 1 2a 1 + a 2 [ e t + b 1 2b 1 + b 2 e t, d 2, [ te t c + 1 2c 1 + c 2 [ t+ [ 120 [ [ [ [ e t 0 + te 1 t 0 0 1 + t + = 2 1 1 et te t t 1 d 1 2d 1 + d 2.
Εξισώσεις 1ης τάξης με μεταβλητούς συντελεστές ~x = A(t)~x + ~ f(t)
Εξισώσεις 1ης τάξης με μεταβλητούς συντελεστές ~x = A(t)~x + ~ f(t) ~x p = X(t)~u(t), (5)
Εξισώσεις 1ης τάξης με μεταβλητούς συντελεστές ~x = A(t)~x + ~ f(t) ~x p = X(t)~u(t), (5) ~x p (t) = X (t)~u(t) + X(t)~u (t) = A(t) X(t)~u(t) + ~ f(t).
Εξισώσεις 1ης τάξης με μεταβλητούς συντελεστές ~x = A(t)~x + ~ f(t) ~x p = X(t)~u(t), (5) ~x p (t) = X (t)~u(t) + X(t)~u (t) = A(t) X(t)~u(t) + ~ f(t). X (t)~u(t) + X(t)~u (t) = X (t)~u(t) + ~ f(t).
Εξισώσεις 1ης τάξης με μεταβλητούς συντελεστές ~x = A(t)~x + ~ f(t) ~x p = X(t)~u(t), (5) ~x p (t) = X (t)~u(t) + X(t)~u (t) = A(t) X(t)~u(t) + ~ f(t). X (t)~u(t) + X(t)~u (t) = X (t)~u(t) + ~ f(t). ~x p = X(t) [X(t) 1 ~ f(t) dt.
~x = 1 t 2 + 1 Παράδειγμα [ [ t 1 t ~x + (t 1 t 1 2 + 1). (6)
X = ~x = 1 t 2 + 1 [ 1 t t 1 Παράδειγμα [ [ t 1 t ~x + (t 1 t 1 2 + 1). (6)
X = ~x = 1 t 2 + 1 [ 1 t t 1 Παράδειγμα [ [ t 1 t ~x + (t 1 t 1 2 + 1). (6) [X(t) 1 = 1 t 2 + 1 [ 1 t. t 1
X = ~x = 1 t 2 + 1 [ 1 t t 1 [ 1 t ~x p = t 1 [ 1 t = t 1 [ 1 t = t 1 [ Παράδειγμα [ [ t 1 t ~x + (t 1 t 1 2 + 1). (6) [X(t) 1 = 1 t 2 + 1 [ [ 1 1 t t t 2 + 1 t 1 1 2t t 2 dt + 1 [ t 2 1 3 t3 + t = [ 13 t 4 2 3 t 3 + t [ 1 t. t 1 (t 2 + 1) dt.
~x = X = ~x = 1 t 2 + 1 [ 1 t t 1 [ 1 t ~x p = t 1 [ 1 t = t 1 [ 1 t = t 1 [ 1 t t 1 [ c1 c2 [ Παράδειγμα [ [ t 1 t ~x + (t 1 t 1 2 + 1). (6) [X(t) 1 = 1 t 2 + 1 [ [ 1 1 t t t 2 + 1 t 1 1 2t t 2 dt + 1 [ t 2 [ 13 t 4 1 3 t3 = + t [ 13 t 4 [ + 2 3 t3 = + t 2 3 t 3 + t [ 1 t. t 1 (t 2 + 1) dt. c 1 c 2 t + 1 3 t4 c 2 + (c 1 + 1) t + 2 3 t3.
Απροσδιόριστοι συντελεστές ~x = A~x + ~ F(t),
Απροσδιόριστοι συντελεστές ~x = A~x + ~ F(t), Αν ~ F(t) είναι της μορφής ~ F 0 cos ω t,
Απροσδιόριστοι συντελεστές ~x = A~x + ~ F(t), Αν ~ F(t) είναι της μορφής ~ F 0 cos ω t, μαντεψιά ~x p = ~c cos ω t.
Απροσδιόριστοι συντελεστές ~x = A~x + ~ F(t), Αν ~ F(t) είναι της μορφής ~ F 0 cos ω t, μαντεψιά ~x p = ~c cos ω t. Αν ~ F(t) = ~ F 0 cos ω 0 t + ~ F 1 cos ω 1 t,
Απροσδιόριστοι συντελεστές ~x = A~x + ~ F(t), Αν ~ F(t) είναι της μορφής ~ F 0 cos ω t, μαντεψιά ~x p = ~c cos ω t. Αν ~ F(t) = ~ F 0 cos ω 0 t + ~ F 1 cos ω 1 t, μαντεψιά ~a cos ω 0 t και βρίσκουμε μια λύση του ~x = A~x + ~ F 0 cos ω 0 t, μαντεψιά ~ b cos ω 1 t και βρίσκουμε μια λύση του ~x = A~x + ~ F 0 cos ω 1 t.
Απροσδιόριστοι συντελεστές ~x = A~x + ~ F(t), Αν ~ F(t) είναι της μορφής ~ F 0 cos ω t, μαντεψιά ~x p = ~c cos ω t. Αν ~ F(t) = ~ F 0 cos ω 0 t + ~ F 1 cos ω 1 t, μαντεψιά ~a cos ω 0 t και βρίσκουμε μια λύση του ~x = A~x + ~ F 0 cos ω 0 t, μαντεψιά ~ b cos ω 1 t και βρίσκουμε μια λύση του ~x = A~x + ~ F 0 cos ω 1 t. Προσθέσουμε τις λύσεις.
Ανάλυση ιδιοδιανυσμάτων ~x = A~x + ~ F(t), ιδιοτιμές λ 1,..., λ n ιδιοδιανύσματα ~v 1,..., ~v n και E = [~v 1 ~v n
Ανάλυση ιδιοδιανυσμάτων ~x = A~x + ~ F(t), ιδιοτιμές λ 1,..., λ n ιδιοδιανύσματα ~v 1,..., ~v n και E = [~v 1 ~v n ~x(t) = ~v 1 ξ 1 (t) + ~v 2 ξ 2 (t) + + ~v n ξ n (t).
Ανάλυση ιδιοδιανυσμάτων ~x = A~x + ~ F(t), ιδιοτιμές λ 1,..., λ n ιδιοδιανύσματα ~v 1,..., ~v n και E = [~v 1 ~v n ~x(t) = ~v 1 ξ 1 (t) + ~v 2 ξ 2 (t) + + ~v n ξ n (t). ~ F(t) = ~v 1 g 1 (t) + ~v 2 g 2 (t) + + ~v n g n (t). οπότε έχουμε ~g = E 1~ F.
Ανάλυση ιδιοδιανυσμάτων ~x = A~x + ~ F(t), ιδιοτιμές λ 1,..., λ n ιδιοδιανύσματα ~v 1,..., ~v n και E = [~v 1 ~v n ~x(t) = ~v 1 ξ 1 (t) + ~v 2 ξ 2 (t) + + ~v n ξ n (t). ~ F(t) = ~v 1 g 1 (t) + ~v 2 g 2 (t) + + ~v n g n (t). οπότε έχουμε ~g = E 1~ F. ~x = ~v 1 ξ 1 + ~v 2 ξ 2 + + ~v n ξ n = A (~v 1 ξ 1 + ~v 2 ξ 2 + + ~v n ξ n ) + ~v 1 g 1 + ~v 2 g 2 + + ~v n g n = A~v 1 ξ 1 + A~v 2 ξ 2 + + A~v n ξ n + ~v 1 g 1 + ~v 2 g 2 + + ~v n g n = ~v 1 λ 1 ξ 1 + ~v 2 λ 2 ξ 2 + + ~v n λ n ξ n + ~v 1 g 1 + ~v 2 g 2 + + ~v n g n = ~v 1 (λ 1 ξ 1 + g 1 ) + ~v 2 (λ 2 ξ 2 + g 2 ) + + ~v n (λ n ξ n + g n ).
~x = Παράδειγμα [ [ 3 1 0 ~x + cos 3t. 2 2 2 Ιδιοτ. 1 και 4, ιδιοδ. [ [ [ 1 2 και 1 1, E = 1 1 E 1 = 1 3 [ 1 1 2 1. 2 1,
~x = Παράδειγμα [ [ 3 1 0 ~x + cos 3t. 2 2 2 Ιδιοτ. 1 και 4, ιδιοδ. [ [ [ 1 2 και 1 1, E = 1 1 E 1 = 1 3 [ g1 g 2 [ 1 1 2 1. = E 1 ~ F(t) = 1 3 [ [ 1 1 0 2 1 2 cos 3t = 2 1, [ 23 cos 3t. 2 3 cos 3t
~x = Παράδειγμα [ [ 3 1 0 ~x + cos 3t. 2 2 2 Ιδιοτ. 1 και 4, ιδιοδ. [ [ [ 1 2 και 1 1, E = 1 1 E 1 = 1 3 [ g1 g 2 [ 1 1 2 1. = E 1 ~ F(t) = 1 3 [ [ 1 1 0 2 1 2 cos 3t = 2 1, [ 23 cos 3t. 2 3 cos 3t ξ 1 = ξ 1 + 2 cos 3t, 3 ξ 2 = 4 ξ 2 2 cos 3t. 3