Κάθε εξίσωση, η οποία περιλαµβάνει παραγώγους, είναι διαφορική εξίσωση. Έτσι οι εξισώσεις

Σχετικά έγγραφα
ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2012 ΘΕΜΑΤΑ Α

10 ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ

x y και να γίνει επαλήθευση. Βρείτε τη µερική λύση που για x=1 έχει κλίση 45 ο. Α τρόπος Η Ε γράφεται (1)

Κεφάλαιο 1: Προβλήµατα τύπου Sturm-Liouville

x(t) 2 = e 2 t = e 2t, t > 0

Kεφάλαιο 4. Συστήµατα διαφορικών εξισώσεων

ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΓΕΝΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ. Τμήμα Φαρμακευτικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λυμένες Ασκήσεις & Λυμένα Θέματα Εξετάσεων


Οι ιδιότητες και οι µέθοδοι επίλυσης διαφορικών εξισώσεων παρουσιάζονται σε µία σειρά εγχειριδίων µαθηµατικών

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Z L L L N b d g 5 * " # $ % $ ' $ % % % ) * + *, - %. / / + 3 / / / / + * 4 / / 1 " 5 % / 6, 7 # * $ 8 2. / / % 1 9 ; < ; = ; ; >? 8 3 " #

Συνήθεις ιαφορικές Εξισώσεις, Απαντήσεις-Παρατηρήσεις στην Εξέταση Περιόδου Σεπτεµβρίου.

Διαφορικές εξισώσεις

ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΓΕΝΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΟΡΙΣΜΟΙ: διαφορές των αγνώστων συναρτήσεων. σύνολο τιμών. F(k,y k,y. =0, k=0,1,2, δείκτη των y k. =0 είναι 2 ης τάξης 1.

Μαθηµατικό Παράρτηµα 2 Εξισώσεις Διαφορών

Kεφάλαιο 4. Συστήµατα διαφορικών εξισώσεων.

Διαφορικές εξισώσεις

ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ Σεπτέµβριος 2006


Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 13: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΕΠΙΛΥΣΗ ΓΡΑΜΜΙΚΩΝ.Ε. ΜΕ ΚΡΟΥΣΤΙΚΕΣ ΙΕΓΕΡΣΕΙΣ

ΜΑΣ 203: Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις, Εαρινό Εξάμηνο 2017 ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Αριθµητική Ανάλυση. ιδάσκοντες: Καθηγητής Ν. Μισυρλής, Επίκ. Καθηγητής Φ.Τζαφέρης ΕΚΠΑ. 16 Ιανουαρίου 2015

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 2

ΜΑΣ002: Μαθηματικά ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ (για εξάσκηση)

Σχολικός Σύµβουλος ΠΕ03

ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ. Εφαπτοµένη ευθεία

Βιομαθηματικά BIO-156. Συνεχή στο χρόνο δυναμικά συστήματα. Ντίνα Λύκα. Εαρινό Εξάμηνο, 2017

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ: ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΘΕ: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΉ Ι (ΠΛΗ 12) ΛΥΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3

ΜΕΡΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΘΕΩΡΙΑ: Έστω η οµογενής γραµµική διαφορική εξίσωση τάξης , (1)

ΑΚΡΙΒΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΑ. u,υ / A ονομάζεται ακριβές διαφορικό όταν υπάρχει. df u x,y dx υ x,y dy. f u και. f y. 3 f. και

ΜΙΓΑ ΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΟΛΟΚΛ. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΡΑΠΤΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 2010 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ. =. Οι πρώτες µερικές u x y

Κεφάλαιο 3. Γραµµικές ιαφορικές Εξισώσεις 2 ης τάξης

Αόριστο Ολοκλήρωµα ρ. Κωνσταντίνα Παναγιωτίδου

Κ. Ι. ΠΑΠΑΧΡΗΣΤΟΥ. Τοµέας Φυσικών Επιστηµών Σχολή Ναυτικών οκίµων ΟΡΙΖΟΥΣΕΣ. Ιδιότητες & Εφαρµογές

Οι ιδιότητες και οι µέθοδοι επίλυσης διαφορικών εξισώσεων παρουσιάζονται σε µία σειρά εγχειριδίων µαθηµατικών

Διαφορικές Εξισώσεις.

y 1 (x) f(x) W (y 1, y 2 )(x) dx,

(β) Από την έκφραση (22) και την απαίτηση (20) βλέπουμε ότι η συνάρτηση Green υπάρχει αρκεί η ομογενής εξίσωση. ( L z) ( x) 0

Εισαγωγή στις Φυσικές Επιστήμες ( ) Ονοματεπώνυμο Τμήμα ΘΕΜΑ 1. x x. x x x ( ) + ( 20) + ( + 4) = ( + ) + ( 10 + ) + ( )

ιδάσκοντες :Τµήµα Α ( Αρτιοι) : Καθηγητής Ν. Μισυρλής,Τµήµα Β (Περιττοί) : Αριθµητική Επίκ. Καθηγητής νάλυση Φ.Τζαφέρης (ΕΚΠΑ) 27 Μαΐου / 20

ΤΟ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Τυπική µορφή συστήµατος 2 ας τάξης

7. Αν υψώσουμε και τα δύο μέλη μιας εξίσωσης στον κύβο (και γενικά σε οποιαδήποτε περιττή δύναμη), τότε προκύπτει

Τίτλος Μαθήματος: Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι

13 Μέθοδοι υπολογισµού ολοκληρωµάτων Riemann

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙKΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Μάθηµα 1. Κεφάλαιο 1o: Συστήµατα. γ R παριστάνει ευθεία και καλείται γραµµική εξίσωση µε δύο αγνώστους.

α. y = y x 2 β. x + 5x = e x γ. xy (xy + y) = 2y 2 δ. y (4) + xy + e x = 0 η. x 2 (y ) 4 + xy + y 5 = 0 θ. y + ln y + x 2 y 3 = 0 d 3 y dy + 5y

Συνεχή στο χρόνο δυναμικά συστήματα Διαφορικές εξισώσεις

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

Thanasis Xenos ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΗΜΑΘΙΑΣ

1 η Εργασία Ηµεροµηνία αποστολής: 19 Νοεµβρίου 2006

3 η δεκάδα θεµάτων επανάληψης

(ii) x[y (x)] 4 + 2y(x) = 2x. (vi) y (x) = x 2 sin x

ΛΙΒΑΘΙΝΟΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ Επιστήµη και Τεχνολογία των Υπολογιστών Α.Μ.: 403. Πρώτη Οµάδα Ασκήσεων

Α. ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ

ΕΥΡΕΣΗ ΣΥΝΟΛΟΥ ΤΙΜΩΝ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ. της f : A. Rούτε εύκολη είναι ούτε πάντοτε δυνατή. Για τις συναρτήσεις f (x) = x ηµ x και ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ

Να γίνουν οι γραφικές παραστάσεις των ακόλουθων συναρτήσεων σε χαρτί µιλιµετρέ αφού πρώτα φτιάξετε τους πίνακες των τιµών τους.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΗΝ «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ» ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ : ΠΛΗ12 «ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι» Επαναληπτική Τελική Εξέταση 16 Ιουλίου 2003

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΛΓΕΒΡΑ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΞΙΣΩΣΗ ΕΥΘΕΙΑΣ ΓΕΝΙΚΗ ΜΟΡΦΗ

ΚΕΦΑΛΑΙΑ 3,4. Συστήµατα ενός Βαθµού ελευθερίας. k Για E 0, η (1) ισχύει για κάθε x. Άρα επιτρεπτή περιοχή είναι όλος ο άξονας

Κεφάλαιο 6. Εισαγωγή στη µέθοδο πεπερασµένων όγκων επίλυση ελλειπτικών και παραβολικών διαφορικών εξισώσεων


ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Κεφάλαιο 7 Βασικά Θεωρήµατα του ιαφορικού Λογισµού

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ

Kεφάλαιο 4. Συστήματα διαφορικών εξισώσεων. F : : F = F r, όπου r xy

όπου D(f ) = (, 0) (0, + ) = R {0}. Είναι Σχήµα 10: Η γραφική παράσταση της συνάρτησης f (x) = 1/x.

Kεφάλαιο 5. µετασχηµατισµού Laplace.

Η Ευκλείδεια διαίρεση

Αριθµητική Ανάλυση. 14 εκεµβρίου Αριθµητική ΑνάλυσηΚεφάλαιο 6. Παρεµβολή 14 εκεµβρίου / 28

4.1 Το αόριστο ολοκλήρωµα - Βασικά ολοκληρώ-

( e ) 2. 4 η δεκάδα θεµάτων επανάληψης 31.

ΛΥΣΕΙΣ 6 ης ΕΡΓΑΣΙΑΣ - ΠΛΗ 12,

Αρµονικοί ταλαντωτές

G L (x) =Ax + B, G R (x) =A x + B οπότε από τις συνοριακές συνθήκες έχουμε

ΜΙΓΑ ΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΟΛΟΚΛ. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΡΑΠΤΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2010 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

2. Οι νόµοι της κίνησης, οι δυνάµεις και οι εξισώσεις κίνησης

x L I I I II II II Ακόµα αφού η συνάρτηση στην θέση x=0 είναι συνεχής, έχουµε την παρακάτω συνθήκη. ηλαδή οι ιδιοσυναρτήσεις είναι

Ευκλείδειοι Χώροι. Ορίζουµε ως R n, όπου n N, το σύνολο όλων διατεταµένων n -άδων πραγµατικών αριθµών ( x

A2. ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ-ΚΛΙΣΗ-ΜΟΝΟΤΟΝΙΑ

Μαθηματικά Και Στατιστική Στη Βιολογία

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 2. Σταύρος Παπαϊωάννου

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Διαφορικές Εξισώσεις.

- εξίσωση που εκφράζει τον n-οστό όρο a n της ακολουθίας, - µέσω ενός ή περισσότερων όρων από τους a 0, a 1,..., a n 1, - για κάθε n n 0, όπου n 0 N.

Κ. Χριστοδουλίδης: Μαθηµατικό Συµπλήρωµα για τα Εισαγωγικά Μαθήµατα Φυσικής Παράγωγος. x ορίζεται ως

ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΑΠΟΚΡΙΣΕΩΝ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΙΚΤΥΑ

Ζητείται να µελετηθεί το εν λόγω σύστηµα µε είσοδο βηµατική συνάρτηση δηλαδή () =(). (3)

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Φεβρουάριος 2013

ΙΙ ιαφορικός Λογισµός πολλών µεταβλητών. ιαφόριση συναρτήσεων πολλών µεταβλητών

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 3

ΑΛΓΕΒΡΑ Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΣ

Αρµονικοί ταλαντωτές

Τίτλος Μαθήματος: Ειδικές Συναρτήσεις

Γραμμική Διαφορική Εξίσωση 2 ου βαθμού

Transcript:

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β: ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ µ ÂÓÈÎ ÓÓÔÈÂ Κάθε εξίσωση, η οποία περιλαµβάνει παραγώγους, είναι διαφορική εξίσωση Έτσι οι εξισώσεις d = + t d = 5 (Β) (Β3) d e t = cos (Β) d d = 5 + (Β4) είναι όλες διαφορικές εξισώσεις Στις εξισώσεις αυτές το εξαρτάται από µία µόνο µεταβλητή, την t, γι αυτό και καλούνται συνήθεις διαφορικές εξισώσεις Υπάρχουν και οι διαφορικές εξισώσεις µε µερικές παραγώγους, στις οποίες το εξαρτάται από περισσότερες µεταβλητές Στο 6ο Κεφάλαιο επιλύουµε µια διαφορική εξίσωση µε µερικές παραγώγους Τάξη της διαφορικής εξίσωσης είναι η µέγιστη τάξη της παραγώγου που περιέχει Εποµένως οι εξισώσεις (Β) και (Β) είναι πρώτης τάξης και οι εξισώσεις (Β3) και (Β4) είναι δεύτερης τάξης Η λύση της διαφορικής εξίσωσης είναι σχέση, η οποία δεν περιέχει παραγώγους Για παράδειγµα η λύση της εξίσωσης είναι dυ = 5υ υ = Ce 5t (Β5) (Β6) όπως εύκολα επαληθεύεται Η σταθερά C είναι αυθαίρετη και η (Β6) αποτελεί την γενική λύση της (Β5) Στη Φυσική µας ενδιαφέρει η µερική λύση της διαφορικής εξίσωσης, η οποία εξαρτάται από τις αρχικές και τις συνοριακές συνθήκες Αν πχ, 0 - γνωρίζουµε ότι ισχύει υ = για t =, η (Β6) δίδει = Ce οπότε C = e 0 Εποµένως η µερική λύση της (Β5), η οποία ικανοποιεί τις συνθήκες που αναφέραµε είναι e t - = 5 0 Η ελεύθερη πτώση σώµατος στο κενό είναι διαφορική εξίσωση δεύτερης τάξης Αν y είναι η θέση του κινητού ως προς το σηµείο από όπου αφέθηκε ελεύθερο να πέσει, η διαφορική εξίσωση της κίνησης είναι η

48 ª à π ẏ = g, όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας Η γενική λύση της είναι y = gt + At + C όπου A και C είναι σταθερές, οι οποίες θα προσδιοριστούν από τις αρχικές συνθήκες µ ÍÈÛÒÛÂÈ appleòùë Ù ÍË ÃˆÈ fiìâóâ ÌÂÙ ÏËÙ Η εξίσωση d = f (, t) είναι εξίσωση πρώτης τάξης Θεωρούµε ότι η f (, t) είναι δυνατό να γραφτεί ως Η διαφορική εξίσωση γράφεται εποµένως: Κάθε µέλος αυτής της εξίσωσης ολοκληρώνεται ως προς τη µεταβλητή από την οποία εξαρτάται Η γενική λύση της διαφορικής εξίσωσης είναι όπου τα ολοκληρώµατα είναι αόριστα και η σταθερά C αυθαίρετη Παράδειγµα : gt f, t h = hd = gt hd = gt + C Να λυθεί η εξίσωση: Από τη δοθείσα, λαµβάνουµε d d = sin t = sin t

ƒ ƒ ª µ: π º ƒπ π ø π 49 οπότε µε ολοκλήρωση Τελικά = - cost + C Παράδειγµα : Να λυθεί η εξίσωση d = sin t + C είναι η γενική λύση της εξίσωσης dn = -λ N Η εξίσωση αυτή περιγράφει τη διάσπαση των πυρήνων ενός ραδιενεργού υλικού Το αρνητικό πρόσηµο τίθεται επειδή ο αριθµός των πυρήνων ελαττώνεται λόγω διασπάσεως, οπότε το dn είναι αρνητικό Ακολουθώντας το παράδειγµα έχουµε dn N = - λ + C απ όπου προκύπτει: lnn = - λ t + C Έστω N 0 ο αριθµός των πυρήνων του υλικού κατά τη χρονική στιγµή t = 0 Εποµένως lnn0 = C Η γενική λύση γράφεται συνεπώς: ή - λ lnn = lnn + lne t 0 - N = N e t 0 λ µ 3 ÍÈÛÒÛÂÈ appleòùë Ù ÍË ÏÔÎÏˈÙÈÎfi apple ÁÔÓÙ Έστω η διαφορική εξίσωση dy d + Py = Q Η εξίσωση αυτή µπορεί να επιλυθεί µε τη µέθοδο των χωριζοµένων µεταβλητών, ως s d εξής Θεωρούµε ότι, οπότε s = e Pd P Η διαφορική s d lns = =

40 ª Ã π εξίσωση γράφεται ή ή όπου M = Qs dy d + s dy d s s y = Q ( ) + ds d y Q s = d [ d ys ] = M ( ) Η τελευταία διαφορική εξίσωση ολοκληρώνεται και έχει γενική λύση Παράδειγµα Να λυθεί η διαφορική εξίσωση = ys = M d + C y + y = = d = = / Στην εξίσωση αυτή P και Q Άρα s e e Η γενική λύση της διαφορικής εξίσωσης είναι Τελικά: οπότε ye = e d + C ye = C + e y = + Ce - µ 4 È ÊÔÈÎ ÂÍÈÛÒÛÂÈ Â ÙÂË Ù ÍË ÌÂ ÛÙ ıâô Û ÓÙÂÏÂ- ÛÙ ÌÔÁÂÓ ÂÍ ÛˆÛË Η διαφορική εξίσωση d y d + α dy + α ( y ) = f d 0 (Β4)

ƒ ƒ ª µ: π º ƒπ π ø π 4 είναι δεύτερης τάξης και οι συντελεστές α και είναι συναρτήσεις του Αν το δεξιό µέλος της (Β4) είναι µηδέν, η εξίσωση καλείται οµογενής Στην παράγραφο αυτή µας ενδιαφέρει η µελέτη της οµογενούς διαφορικής εξίσωσης δεύτερης τάξης µε σταθερούς συντελεστές ηλαδή η διαφορική εξίσωση είναι: α 0 d y dy + y d α + α = d 0 0 (Β4) α α 0 όπου και είναι σταθεροί αριθµοί Έστω πως οι λύσεις της (Β4) είναι οι y και y Εύκολα αποδεικνύεται ότι λύσεις είναι και οι Ay και By όπου A και B αυθαίρετες σταθερές Επίσης λύση είναι και η y = Ay + By (Β43) Κάθε άθροισµα δύο λύσεων, συνιστά και λύση της (Β4) Η γενική λύση της (Β4) προϋποθέτει την ανεξαρτησία των y και y ύο συναρτήσεις y και y είναι γραµµικώς ανεξάρτητες σε κάποια περιοχή τιµών της, αν στην περιοχή αυτή η σχέση Ay + Ay = 0 συνεπάγεται την A = A = 0, όπου ρ σταθερά Αντικαθι- Ας θεωρήσουµε ότι η (Β4) έχει λύση την στώντας στην (Β4) προκύπτει: ρ + α ρ+ α = 0 0 y = e ρ (Β44) Η εξίσωση (Β44) λέγεται χαρακτηριστική εξίσωση της (Β4) και έχει ρίζες ρ και ρ ιακρίνουµε τις ακόλουθες περιπτώσεις α) Αν ρ πρ, η γενική λύση της (Β4) είναι β) Αν ρ = ρ = ρ, η γενική λύση της (Β4) είναι ρ y = Ae + Be ρ y = ( A + B) e ρ

4 ª Ã π Παράδειγµα : Να λυθεί η διαφορική εξίσωση y + y = 0 Η χαρακτηριστική εξίσωση είναι ρ + = 0 µε ρίζες ρ= ± ι Άρα η γενική λύση είναι ι y = Ae + Be -ι Αλλά ι -ι e = cos + ιsin, e = cos -ιsin Άρα + ( - ) = + y = A + B cos A B sin C cos C sin ι µε πραγµατική µορφή Πράγµατι: Εύκολα µπορεί να επαληθευτεί ότι οι συναρτήσεις y = cos, y = sin είναι γραµµικώς ανεξάρτητες λύσεις της δοθείσας διαφορικής εξίσωσης Παράδειγµα : Να λυθεί η διαφορική εξίσωση y - y + y = 0 Η χαρακτηριστική εξίσωση είναι η ρ - ρ+ = 0 και έχει διπλή ρίζα, την ρ= Άρα η γενική λύση της διαφορικής εξίσωσης είναι η y = ( A + B) e Παράδειγµα 3: Να λυθεί η διαφορική εξίσωση y - y + y = 0 µε αρχικές συνθήκες t = 0: y = 0, y = Η χαρακτηριστική εξίσωση είναι η ρ - ρ+ = 0 µε ρίζες ρ, = ± ι Άρα η γενική λύση της διαφορικής εξίσωσης είναι ( + ι) ( -ι) y = Ae + Be

ƒ ƒ ª µ: π º ƒπ π ø π 43 Από τις αρχικές συνθήκες προκύπτει A + B =0 και A+ ι B ι Συνεπώς A = = - ι, B = ι Η γενική λύση είναι ι = - ι -ι y = -ιe e -e ιe ιsin + ( - ) = Τελικά: y = e sin µ 5 È ÊÔÈÎ ÂÍÈÛÒÛÂÈ Â ÙÂË Ù ÍË Ì ÛÙ ıâô Û ÓÙÂÏÂ- ÛÙ ªË ÔÌÔÁÂÓ ÂÍÈÛÒÛÂÈ Η διαφορική εξίσωση έχει τη µορφή y y f + α + α = (Β5) Αποδεικνύεται ότι η λύση της (Β5) είναι το άθροισµα δύο λύσεων Της οµογενούς, την οποία συµβολίζουµε µε y c, και της µερικής, την οποία συµβολίζουµε µε Η λύση της οµογενούς είναι η y * y * Η µορφή της µερικής λύσης εξαρτάται από το δεξιό µέλος της (Β5) Όταν προσδιορίσουµε τη µορφή της µερικής λύσης, θα την αντικαταστήσουµε στην (Β5) για να προσδιοριστούν οι σταθερές, που υπάρχουν στη µερική λύση Η γενική λύση είναι η Οι σταθερές A και B προσδιορίζονται από τις αρχικές συνθήκες Στα εγχειρίδια Μαθηµατικής Ανάλυσης περιγράφονται µέθοδοι για την ταχεία εύρεση της µερικής λύσης, όταν η f() έχει ειδικές µορφές Παράδειγµα : Να λυθεί η διαφορική εξίσωση: yc = Ay + By y = yc + y * - y + y = 5e t () µε συνθήκες t = 0: y =, y = 4 Η λύση της εξίσωσης αυτής είναι y = yc + y * Αναζητούµε µερική λύση της µορφής

44 ª Ã π y * = A + Bt e -t, οπότε y * = B - A -Bt e -t και y * = - B + A + Bt e -t Θέτουµε στην () όπου y το y * και έχουµε - + + + + t B A Bt A Bte - t 5e Τελικά προκύπτει B+A = 5 και B = 0 5 Άρα B = 0, A = = Η µερική λύση είναι y * e -t = 5 Η οµογενής είναι η y + y = 0 µε λύση yc = Ccost + Dsin t Άρα η γενική λύση της () είναι * 5 -t y = yc + y = Ccost + Dsin t + e 3 Εφαρµόζουµε τις συνθήκες t = 0: y =, y = 4 και βρίσκουµε C = -, D = Άρα η γενική λύση της () είναι: 3 5 - y = - cost + sin t + e t Παράδειγµα : Να λυθεί η διαφορική εξίσωση: y + y + y = + + cos µε συνθήκες = 0: y =, y = - Η οµογενής έχει χαρακτηριστική εξίσωση την Άρα η λύση της οµογενούς είναι: ( ρ+ ) = 0 µε διπλή ρίζα την ρ= - y = A + B e c - Στην εύρεση της µερικής λύσης θα µας καθοδηγήσει η µορφή του δεξιού µέλους της διαφορικής εξίσωσης Το δεξιό µέλος είναι άθροισµα πολυωνύµου και τριγωνοµετρικής συνάρτησης Αναζητούµε εποµένως ως µερική λύση την

ƒ ƒ ª µ: π º ƒπ π ø π 45 * y = α + β + γ + δcos + εsin * y = α + β- δsin + εcos * y = α -δcos -εsin Αντικαθιστούµε το y * και τις παραγώγους του µε τα ίσα τους στην αρχική διαφορική εξίσωση οπότε λαµβάνουµε Άρα α =, β= - 8, γ = 3, δ = 0, ε = Η γενική λύση είναι α + 4α + β+ α + β + γ = +, εcos - δsin = cos + - + + - y = A + B e 8 3 sin Σ αυτήν αν εφαρµόσουµε τις αρχικές συνθήκες θα προσδιοριστούν οι σταθερές A και B Από την συνθήκη = 0, y = βρίσκουµε A = Από την συνθήκη = 0, y = - βρίσκουµε B = - Άρα η γενική λύση είναι y = - Ê + ˆ - e + - 8 + 3 + sin Ë