2) Gesetze von Faraday und Coulomb
|
|
- Bettina Fried
- vor 6 Jahren
- Abrufe
Transkript
1 Gewöhnliche Differentialgleichungen (DGL) 1.Definition und Beispiele 1) Linearer ungedämpfter Federpendel mx + cx = xt () =Auslenkung zum Zeitpunkt t m =Masse, c=federkonstante ) Gesetze von Faraday und Coulomb 0 dil dv L = v, C L C = i dt dt i=strom, v=spannung C Seite 1
2 3) Radioaktiver Zerfall dn dt = λn nt () = Teilchenanzahl zum Zeitpunkt t λ =radioaktive Zerfallskonstante Definition DGL n-ter Ordnung Eine Gleichung zwischen einer Funktion und ihren Ableitungen heißt gewöhnliche DGL. Die Ordnung n der DGL ist die Ordnung der höchsten Ableitung: ( n) F( x, y, y, y,..., y ) = 0, implizite DGL ( n) ( n 1) y = f( x, y, y,..., y ), explizite DGL Eine Lösung yxder ( ) DGL ist eine Funktion y( x ), die diese Gleichung erfüllt. Seite
3 Beispiele 1) DGL: y y = 0 x Lösung: y = Ce, C ) DGL: x+ x = 0 Lösung x = C1 cost+ C sin t; C1, C Definition a) Die Menge aller Lösungen bildet die allgemeine Lösung einer DGL. b) Eine Lösung, die zusätzliche Bedingungen erfüllt, heißt partikuläre Lösung. c) DGL und eine Bedingung = Anfangswertproblem (AWP) DGL und mehrere Bedingungen = Randwertproblem (RWP). Seite 3
4 Satz Die allgemeine Lösung einer DGL n-ter Ordnung ist eine Kurvenschar mit n Parametern. Umgekehrt besitzt eine solche Schar eine zugehörige DGL n-ter Ordnung. Übung 1 Finden Sie die partikuläre Lösung der DGL a) aus Bsp 1 mit der Eigenschaft y (0) =. b) aus Bsp mit x(0) = 1, x ( π ) = 1. Übung Finden Sie die zu der Kurvenschar y = p x gehörige DGL. Seite 4
5 . Differentialgleichungen 1. Ordnung.1. Geometrische Eigenschaften A) Das Richtungsfeld der DGL y = f( x, y) Die DGL gibt in jedem Punkt P0( x0, y 0) die Steigung m0 = y ( x0) = f( x0, y0) der Tangente an die Lösungskurve durch P 0. Definition a) Linienelement in P 0 = Ein kleiner Tangentenabschnitt an die Lösungskurve durch P 0. b) Richtungsfeld der DGL=die Menge aller Linienelemente. Seite 5
6 Beispiel y = y Übung Skizzieren Sie das Richtungsfeld und die Lösungsschar der DGLs: a) xy y = 0; b) yy + x = 0. Bemerkung: Der geometrische Verlauf der Lösungskurven läst sich im Richtungsfeld überblicken. Seite 6
7 Satz (Existenz- und Eindeutigkeitssatz) Durch jeden regulären Punkt P 0 verläuft genau eine Lösungskurve der DGL. Folgesatz Lösungskurven einer DGL können sich in regulären Punkten nicht schneiden. Bemerkung in singulären Punkten in denen f( x, y ) vom Typ 0 / 0 ist, müssen die Aussagen der o.a. Sätze nicht stimmen B) Die Numerische Lösung von Differentialgleichungen Aus der geometrischen Beschreibung des Richtungsfeldes kann man eine einfache Methode zur näherungsweisen Berechnung der Lösung des Anfangswertproblems (AWP) y = f( x, y), y ( x0) = y0 herleiten. Seite 7
8 Bild: Das Richtungsfeld und die Lösung 1 des AWP y = y, y(0) =. 3 Das Euler-Polygonzugverfahren: Der Startpunkt ist P0( x0, y 0). Es wird eine Schrittweite h > 0 festgelegt. Die Folge von Punkten Pn( xn, y n) des Euler Polygonzuges wird iterativ berechnet: Seite 8
9 x = x + h, n+ 1 n y = y + f( x, y ) h n+ 1 n n n n = 0, 1,, 3, Beispiel: 1 y = y, y(0) = 3 1 f( xn, yn) = yn, x0 = 0, y0 = /3. Wir wählen die Schrittweite h = 1. Seite 9
10 x = x + h = x + 1 n+ 1 n n 1 3 y = y + f( x, y ) h = y + y 1= y n+ 1 n n n n n n Die 1. Iteration x = x + 1= 0+ 1= y1 = y0 = = 1 3 Die. Iteration 3 3 x = x1+ 1=, y = y1 = Die 3. Iteration 3 9 x3 = x + 1= 3, y3 = y =. 4 Seite 10
11 Die Darstellung des Polygonzuges: Seite 11
12 Wir wählen nun die Schrittweite h = 1/. Die Darstellung des Polygonzuges: Seite 1
13 Die Berechnung x = x + h = x + 1/ n+ 1 n n y = y + f( x, y ) h = y + y = y 4 n+ 1 n n n n n n Die 1. Iteration x y = x + 1/ = 0+ 1/ = 1/ = y = = Die. Iteration x = x1+ 1/3 = 1, y = = Die 3. Iteration x3 = x + 1/ = 3/, y 3 = = Seite 13
14 Bemerkungen: 1) Bei Verkleinerung der Schrittweite wird der Näherungsfehler ggf. auch kleiner und der Polygonzug nähert sich der exakten Lösung: Seite 14
15 ) Andere Verfahren: Euler Verfahren mit Steuerung der Schrittweite Implizites Euler Verfahren Runge Kutta Verfahren B) Orthogonaltrajektorien (OT) Definition Zwei Kurvenscharen S1, S sind orthogonal, wenn ihre Kurven sich jeweils unter einem rechten Winkel schneiden. Ist S 1 gegeben, so erhält man S so: Seite 15
16 1) Wir ordnen S 1 ihre DGL zu. ) Wir führen die Substitution 1 y y durch. 3) Wir lösen die neue DGL. Ihre allgemeine Lösung ist S. Beispiel Gegeben ist S 1 durch die Gleichung y = C x, C. Gesucht sind die OT. Lösung 1) ) y xy y = C = 0 xy y = 0. x x 1 xy y = 0 x y = 0 y Seite 16
17 3) 1 dy x y = 0 yy + x= 0 y + x= 0 y dx xdx + ydy = 0 x + y = R. Ergebnis: Die Orthogonalschar der Ursprungsgeraden ist die Schar der Ursprungskreise... Einfach integrierbare Typen Die separierbare DGL Beispiel 1) x y = y Das Lösungsverfahren formales Rechnen mit Differentialen Seite 17
18 dy dy dx x y = y x = y = dx y x ln y = ln x + C y = e ln x + c ln x C C = e e = x e y = x C, C > 0 y = C x, C R Bemerkung Die Konstanten werden qualitativ behandelt, d.h. Umformungen wie C e = C,lnC = C usw. sind möglich und erwünscht um die Lösung der DGL möglichst einfach darzustellen. Seite 18
19 (1) Die allgemeine separierbare DGL y = f( x) h( y) * Tafel(aufschrieb): implizite Lösung Beispiel ) y = y Übung! Ergebnis yx ( ) = Ce x, C R Beispiel 3) y y + x= 0 * Tafel: Lösung Ergebnis x + y = C, implizite Lösung. Skizzen der Lösungsscharen 1-3! Seite 19
20 () Der Typ y = f( ax+ by+ c) Ansatz Substitution u = ax+ by+ c Beispiel y = ( x+ y 1) * Tafel: Lösung Ergebnis yx ( ) = tan( x+ C) x+ 1, C R. (3) ÄhnlichkeitsDGL: y y = f x Ansatz Beispiel Substitution u xy y x = 0 = y x Seite 0
21 * Tafel: Lösung Ergebnis yx ( ) = x ln x + C xc, R. Hausaufgabe 1) Aufgaben BzM 6 ) y + xy = x; 3) xy + x + y = y. Ergebnisse y = Ce x + 1; y 1 = C x C..3. Die lineare DGL 1. Ordnung Die Normalform: f ( x) y + g( x) y = rx ( ) Die Lösung: Seite 1
22 1) Die Lösung der homogenen DGL f( x) y + g( x) y = 0 als separierbare DGL. ) Die Lösung der inhomogenen DGL f( x) y + g( x) y = r( x) durch Variation der Konstanten. Beispiel xy y = ln x Lösung: 1) Die homogene DGL dy dy dx x = y = ln y = ln x + C dx y x y = C x, C. h Seite
23 ) Die Variation der Konstanten xc ( ( x) x+ Cx ( )) Cx ( ) x= lnx C ( x) x + C( x) x C( x) x= lnx C ( x) x = ln x C ( x) = ln x/ x ln x ln x+ 1 Cx ( ) = dx= x x y = C( x) x= lnx 1. p 3) Die allgemeine Lösung y = y + y = C x ln x 1 h p Übung xy + y = x + 3x + Seite 3
24 Die lineare DGL 1. Ordnung mit konstanten Koeffizienten Beispiel Befindet sich ein Körper mit der Anfangstemperatur T 0 in einem Medium * mit konstanter Temperatur T, so ist seine Temperaturänderung proportional zur Temperaturdifferenz, d.h. es gilt: dt kt ( T*), T(0) T0 T = = Gesucht ist die Temperatur Tt () des Körpers zum Zeitpunkt t. Lösung: dt T T * = k dt ln T T = kt+ C * * kt * T T = Ce T() t = T + Ce kt Seite 4
25 * * 0 0 T(0) = T + C = T C = T T * * 0 Tt () = T + ( T T) e kt. Übungen BzM 6, Bsp.10 b, c Seite Einfache Typen von DGL. Ordnung. 1) Typ y = f( x, y ) Ansatz: Substitution u = y Beispiel: xy y = ln x ) Typ y = f( y) Ansatz: Multiplikation mit dem integrierenden Faktor y. Beispiel: 3 y y = 0, y(0) = y (0) = 1 Seite 5
26 Lösung: 3 3 y y = 0 yy = 4y y ( ) 4 y = y + C ; y(0) = y (0) = 1 C = ( ) 4 dy y = y y =+ y = dx y 1 1 = x+ C y = ; y(0) = 1 y x+ C = C 1 y C = = x 1. Seite 6
27 3. Lineare DGLs höherer Ordnung mit konstanten Koeffizienten 3.1. Allgemeine Sätze und Bezeichnungen Definitionen 1) Linearer Differentialoperator n-ter Ordnung ( n) ( n 1) n[ ] n n L y = a y + a y + + a y + a y ( k) ( k) a = a ( x), y = y ( x), k = 0,1,..., n k k ) Lineare DGL n-ter Ordnung Ln [ y ] = 0 homogene DGL (H-DGL) Ln [ y ] = r ( x ) inhomogene DGL mit Störfunktion rx ( ) Seite 7
28 Sätze 1) Sind y1( x), y( x ) Lösungen der H-DGL Ln [ y ] = 0, so ist auch die Linearkombination C1 y1( x) + C y( x); C1, C R ebenfalls eine Lösung. ) Die allgemeine Lösung der H-DGL ist y ( x) = C y ( x) + C y ( x) C ( x) y ( x) h 1 1 n n wobei C1, C,..., Cn R und y1( x), y( x),..., yn( x ) ein Fundamentalsystem von Lösungen der H-DGL bilden. Seite 8
29 3) Definition: y1( x), y( x),..., yn( x ) bilden ein Fundamentalsystem wenn y1( x) y( x)... yn( x) y 1( x) y ( x)... y n( x) ( n) ( n) y 1 ( x) y ( x)... y ( n) n ( x) 0, x R 4) Die allgemeine Lösung der inhomogenen DGL L [ y] = r( x) ist yx ( ) = y ( x) + y( x) p wobei yh( x ) die Lösung der homogenen und yp( x ) eine partikuläre Lösung der inhomogenen DGL ist. n h Seite 9
30 3.. Die lineare DGL mit konstanten Koeffizienten ( n) ( n 1) n[ ] n n ( k) ( k) k R, = ( ), = 0,1,..., L y = a y + a y + + a y + a y a y y x k n I) Die Lösung der homogenen DGL Ln [ y ] = 0 Ansatz yx ( ) = e λ x, λ C Damit wird die DGL zurückgeführt auf die Lösung der charakteristischen Gleichung n n 1 n λ n λ n 1 λ 1 λ 0 P ( ) = a + a a + a = 0 Seite 30
31 Beispiel y 7y + 6y = 0 Ansatz yx ( ) = e λ x, λ C wobei λ eine Lösung der charakteristischen Gleichung ist: 3 λ λ λ λ λ 7 + 6= 0 1= 1, =, 3 = 3 Die Lösungen y 1 3 1( x) = e x, y( x) = e x, y3( x) = e x bilden ein Fundamentalsystem der DGL und somit ist die allgemeine Lösung y ( ) x x 3x h x = C1 e + C e + C3 e Seite 31
32 Die homogene DGL. Ordnung L [ y] = a y + a1 y + a0 y = 0 P ( λ) = a λ + a1 λ+ a0= 0 Fallunterscheidung für die char. Gleichung λ λ λ λ (1) 1, R, 1 λ λ λ λ () 1, R, 1= (3) λ1, λ C Seite 3
33 Fallunterscheidung für die DGL λ λ λ λ (1) 1, R, 1 λ1 x λ x yh = C1 e + C e λ λ λ λ λ () 1, R, 1= = y x x h = C1 e λ + C x e λ (3) λ1, λ C λ1, = a± j b y ax 1 cos( ) ax h = C e bx + C e sin( bx) Seite 33
34 Das asymptotische Verhalten der homogenen Lösung (a) Wenn Reλ 1, < 0 dann gilt lim yh( x) = 0 d.h. die Lösung y h x nähert sich asymptotisch dem Gleichgewicht y = 0. Falls λ ist y h eine gedämpfte harmonische Schwingung. (b) Wenn Reλ 1, = 0 dann existiert lim y ( x) x h nicht und die Lösung y h ist eine harmonische Schwingung. (c) Wenn Reλ 1 > 0 oder Reλ > 0 dann existiert lim y ( x) nicht und die x Lösung y h ist unbeschränkt. h Seite 34
35 Übungen 1) y 7y = 0 ) 3) y y y 0 + = y 4y + 5y = 0 4) x+ x + ax= 0, a R. 5) x+ δx + ω x= 0; δ > 0, ω R Homogene DGLs höherer Ordnung Beispiele 1) y 6y + y + 36y = 0 ) λ1= λ = λ3 = 1; λ4 = λ5 = 1 Gesucht ist die DGL und ihre Lösung. Seite 35
36 Lösungsschema L [ y] = 0 y ( λ, x) P n n ( λ) = 0 λ C h II) Die Lösung der inhomogene DGLs mit konstanten Koeffizienten Die Methode des Störansatzes Das Prinzip: Die Lösung hat die gleiche Bauart wie die Störfunktion Beispiel 1 x y + y = e Seite 36
37 Lösung Ansatz y = A e, A x x y = A e y = A e Einsetzen in die DGL: x x x x y + y = e A e + A e = e x x A e = e A= 1/ 1 x yp = e x Beispiel y + y = e x x Lösung Ansatz y = A e, A x y = A e y = A e Einsetzen in die DGL: x x x x x y + y = e A e A e = e 0 = e x. Es ergibt sich somit ein Widerspruch. Seite 37
38 Beispiel 1 ist typisch für den sogenannten Normalfall, Beispiel für den Resonanzfall Resonanz tritt auf, wenn eine Fundamentallösung der homogenen DGL ein Baustein der Störfunktion ist. Folgenden Resonanzfälle sind möglich: 1) λ = 0 und rx ( ) besitzt als Baustein ein Polynom. ) λ und rx ( ) besitzt als Baustein die x Funktion e λ. 3) λ = a ± j b und rx ( ) besitzt als ax ax Baustein e cosbx oder e sin bx. Die Ansätze für eine partikuläre Lösung der inhomogenen DGL sind in den folgenden zwei Tabellen für typische Störfunktionen aufgeführt. Seite 38
39 Tabelle 1 ( Normalfall ) Störfunktion r( x ) Ansatz y p n a0 + a1 x anx A0 + Ax An x kx ae kx Ae n acos mx asin mx acos mx+ bsin mx Acos mx + Bsin mx ae ae kx kx kx cos mx sin mx e ( acosmx+ bsin mx) kx e ( Acosmx+ Bsin mx) Seite 39
40 Tabelle ( Resonanzfall ) Störfunktion r( x ) Ansatz y p n a0 + a1 x anx l n x ( A0 + Ax An x ) kx ae l kx xae acos mx asin mx acos mx+ bsin mx l x ( Acosmx+ Bsin mx ) ae ae kx kx kx cos mx sin mx e ( acosmx+ bsin mx) l kx x e ( Acosmx+ Bsin mx ) l ist die Vielfachkeit der Lösung λ der charakteristischen Gleichung, welche die Resonanz provoziert. Seite 40
41 Beispiele zur Methode des Störansatzes a) y + y + 4y + 4 y = r( x) a1) rx ( ) = x; a) rx ( ) = cosx a3) rx ( ) = 3cos x ; a4) rx ( ) = e x b) x y y = xe + x Ansatz (Resonanzfall+Normalfall) x y = x( Ax+ B) e + Cx+ D p Ergebnis: 1 ( 1) x yp = x x+ e x 4 c) x x = t e t Ansatz(Resonanzfall): ( ) x = t At+ B e p t Ergebnis: 1 xp = t t 1 e t Seite 41
42 Komplexer Ansatz für die partikuläre Lösung Anwendungsbereich: kx rx ( ) = e ( acosmx+ asin mx) oder äquivalent kx 1 rx ( ) = e cos( mx+ ϕ). Vorgehensweise: komplexe Erweiterung Beispiel 1 Lösung: y + y + y = cos x y + y + y = cos x jx z + z + z = e, y = Re( z) Ansatz: z = Ae, z = Aje, z = Aj e p jx jx jx Einsetzen: Ae (1 + j+ j ) = e Aje = e jx jx jx jx Seite 4
43 Aj = 1 A= 1/ j = j zp = je z = j(cos x+ jsin x) = sin x jcos x p y = Re( z ) = sin x. p p jx Beispiel kx y + ky + y = e sin x, k 0 Lösung: kx y + ky + y = e cos( x π / ) kx j( x π /) z + k z + z = e e Ansatz: ϕ ϕ z = Ae e = Ae e p kx j( x ) j ( j k) x jϕ ( j k) x z = Ae ( j k) e, jϕ ( ) z = Ae ( j k) e j k x Einsetzen und durch kx e dividieren: Seite 43
44 π j jϕ [( k + j) + k( k + j) + 1] Ae = e Nach Berechnung der eckigen Klammer: jϕ jπ / jϕ jπ jπ / k Ae = e k Ae e = e Beträge und Winkel gleichsetzen: Ak = 1, ϕ + π = π / 1 1 kx A=, ϕ = 3 π / z p = e e k k 3π j( x ) 1 kx 3π yp = Re( zp) = e cos( x ). k Übung (Resonanzfall) x+ x+ x + x= cost Seite 44
45 4. Die Schwingungsdifferentialgleichung (S-DGL) 4.1. Definition und Beispiele Definition (DIN 1311): ax + bx + cx = r(); t a, c > 0, b 0 Beispiele (BzM 6, Seite 57) Feder Masse Schwinger, elektrischer Reihenschwingkreis. 4.. Freie Schwingungen ax bx cx + + = 0 Seite 45
46 Die charakteristische Gleichung: b b c aλ + bλ+ c= 0 λ1, = ± a 4a a Hergeleitete Größen: b c δ δ =, ω0 =, ωd = ω0 δ, D = a a ω Dämpfung, Frequenz der ungedämpften beziehungsweise gedämpften Schwingung, Dämpfungsgrad. 0 Die DGL und die Lösungen λ 1,: 0 1, 0 x+ δ x + ω x= 0; λ = δ ± δ ω Seite 46
47 Fallunterscheidung nach δ, ω 0 1) Ungedämpfte Schwingung δ = 0: λ =± jω x() t = C cosω t+ C sinω t 1, Die Lösung ist eine harmonische Schwingung. ) Schwache Dämpfung 0 < δ < ω0 λ = δ ± jω 1, δ t d xt () = e ( Ccosω t+ C sin ω t) 1 d Die Lösung ist eine gedämpfte harmonische Schwingung. d Seite 47
48 λ 3) Grenzfall δ = ω0 δ t 1, = δ = 1 + xt () e ( C Ct) Die Lösung ist aperiodisch. 4) Starke Dämpfung δ > ω0 1, 0 λ = δ ± δ ω < λt 1 λ t xt () = Ce 1 + Ce Die Lösung ist aperiodisch. 0 Die geometrische Veranschaulichung der Lösungen A) Skizzen B) MatLab Simulation Seite 48
49 (1) δ = 0 () 0 < δ < ω0 Seite 49
50 (3) δ = ω0 (4) δ > ω0 Seite 50
51 4.3. Erzwungene Schwingungen bei harmonischer Erregung Die S-DGL ist 0 0 x+ δ x + ω x= ω A cos( ω t) wobei AEcos( ω Et) die harmonische Erregung darstellt (z.b. eine Feder oder Wechselstrom, s. BzM 6, Seite 60). Die Lösung hat die allgemeine Bauart: xt () = x () t + x () t. h p Die homogene Lösung wurde unter vorgestellt. Eine partikuläre Lösung hat die Darstellung (komplexer Ansatz): x () t = A cos( ω t ϕ). p p E E E Seite 51
52 Die Berechnung der partikulären Lösung erfolgt nach der Methode des komplexen Ansatzes. Für die qualitative Untersuchung der Abhängigkeit von Amplitude und Phase der partikulären Lösung von den Parametern δ, ω0, A E, ω E sind die folgenden Größen wichtig: Ap u = ωe δ, D, V ω = ω = A, genannt 0 0 dimensionslose Frequenz, Dämpfungsgrad und Verstärkungsfaktor. Berechnungsformeln für Verstärkungsfaktor und Phase 1 Du VuD (, ) =, tanϕ = (1 u ) + 4D u 1 u E Seite 5
53 Die Abhängigkeit von A p und ϕ von ω E bei festen Werten von δ, ω 0, AE wird Amplituden- bzw Phasenfrequenzgang genannt. Der Amplitudenfrequenzgang VuD (, ) = 1 (1 u ) + 4D u 5 Der Amplitudenfrequenzgang D=0 Verstärkungsfaktor 3.5 D= D= D=0.5*sqrt() D= u Seite 53
54 Der Phasenfrequenzgang Du tanϕ = 1 u 4 Der Phasenfrequenzgang 3.5 D=0 3.5 D=0. D=0.4 D=0.5*sqrt() Phase 1.5 D= u Zur Kurvendiskussion siehe auch Brücken zur Mathematik Band 6, Seiten Seite 54
55 Die allgemeine Lösung x= x + x Die Fallunterscheidung nach δ, ω0, ω E: h (5) δ = 0, ωe < ω0 p (6) δ = 0, ωe > ω0 Seite 55
56 (7) δ = 0, ωe = ω0 (8) δ > 0, ωe < ω0 Seite 56
57 (9) δ > 0, ωe > ω0 (10) δ > 0, ωe = ω0 Seite 57
58 Die Fallunterscheidung nach den drei Parametern δ, ω0, ω E kann am besten in Verbindung mit dem Amplituden- und Phasenfrequenzgang überblickt werden. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass sich bei positiver Dämpfung nach einer gewissen Einschwingphase die Erregerschwingung durchsetzt. Seite 58
59 5. Systeme von Differentialgleichungen 5.1. Das Eliminationsverfahren Beispiel x 1 = x1 x (1) x = x1+ x () Lösung 1) Elimination einer Variablen () x1 = x + x x 1 = x + x (1) x 1 = ( x + x) x = x + 3x x + x = x + 3x x 4x + 3x = 0 ) Lösung der DGL. Ordnung in x. 3) Berechnung von x 1 = x + x. Seite 59
60 5.. Die Normalform einer DGL Beispiel 1 x x+ 3x x= cost Substitution: x 1 = x, x = x, x 3 = x x = x 3x + x + cost DGL Herleitung des Systems: x= x1 x = x 1 = x x = x = x3 x = x1 3x + x3+ cost In Matrix Form: x = A x+ r() t x x1 0 x = x cost x 3 x 3 Seite 60
61 Übung S-DGL als System 0 0 x+ δ x + ω x= ω A cos( ω t) E E 5.3. Homogene Systeme mit konstanten Koeffizienten x = A x Satz Das System x = A x kann im Falle oder -einfacher Eigenwerte von A, -symmetrischer Matrizen A auf ein Eigenwertproblem zurückgeführt werden. Seite 61
62 Lösungsansatz: c1 λt x = e = c e c λt Einsetzen in x = A x : λt λt λc e = Ac e Ac = λc Somit wird das System auf die Berechnung der Eigenwerte λ und der Eigenvektoren c der Matrix A zurückgeführt. Daraus entstehen dann Fundamentallösungen der Bauart x = c e λt. Diese bilden ein Fundamentalsystem unter den Voraussetzungen des o.a. Satzes. Beispiel 1 x 1 = x1 x 1 x = A x, A= x = x1+ x 1 Seite 6
63 Lösung 1) Berechnung der Eigenwerte Ansatz: λ 1 det( A λe) = 0 = 0 1 λ ( λ) 1= 0 λ = 1, λ = 3 1 ) Berechnung der Eigenvektoren Ein Eigenvektor zum Eigenwert λ = λ1 : Ansatz: 1 1 c1 0 ( A λ1e) c = 0 = 1 1 c 0 c c = (unterbestimmtes LGS!) 1 0 Seite 63
64 Eine Lösung des LGS ist c 1 = c = 1 und 1 1 ein Eigenvektor c = 1. Für λ = 3 ergibt sich analog c = 1. 3) Die Lösung des Systems ist 1 λ t λ t 1 1 x C c e 1 C c e ; C, C 1 = + 1 t 1 x = C1 e + C e 1 1 3t t 3t t 3t 1 1, 1 x = C e + C e x = C e C e. Beispiel x 1 = x1 x 1 x = A x, A= x = x1 x 1 Seite 64
65 Lösung 1) Berechnung der Eigenwerte λ 1 det( A λe) = 0 = 0 1 λ ( λ) + 1= 0 λ = ± j 1, ) Berechnung der Eigenvektoren Ein Eigenvektor zu λ = λ1 = j : Ansatz: j 1 c1 0 ( A λ1e) c = 0 1 j = c 0 jc c = (unterbestimmtes LGS!) 1 0 Seite 65
66 Eine Lösung des LGS ist c 1 = 1, c = j und 1 1 ein Eigenvektor c = j. 3) Die Lösung des Systems Eine komplexe Fundamentallösung ist: 1 λ t 1 ( jt ) 1 t jt = = = = j j z c e 1 e e e 1 cost jsint (cost jsin t) e e j = sin t + jcost t t cost sin t = e j e sin t + cost t t. Ein (reelles) Fundamentalsystem ist {Re z( t), Im z( t )} und somit ist die Lösung des Systems: Seite 66
67 cost sin t x = C e C e sin t + cost t t t x = ( C cost C sin t) e, x = ( C sint+ C cos t) e t 5.4. Die Stabilität homogener Systeme Definition Das System x = A x heißt 1) asymptotisch stabil, wenn seine Lösung die folgende Eigenschaft hat: lim xt ( ) = 0 t ) stabil, wenn seine Lösung beschränkt ist. 3) unstabil, wenn seine Lösung unbeschränkt ist. Seite 67
68 Satz λ k seien die Eigenwerte der Systemmatrix A. Das System ist: 1) asymptotisch stabil Re( λ k ) < 0 für alle Eigenwerte λ k. ) Unstabil, wenn Re( λ k ) > 0 für einen oder mehrere Eigenwerte. 3) Für Re( λ k ) = 0 ist das System grenzstabil. Beispiele Beispiel 1=unstabil Beispiel =asymptotisch stabil 5.5. Lineare inhomogene Systeme mit konstanten Koeffizienten x = A x+ r() t können mit ähnlichen Verfahren wie inhomogene Gleichungen gelöst werden. Seite 68
Differenzialgleichungen
Differenzialgleichungen Fakultät Grundlagen Februar 2016 Fakultät Grundlagen Differenzialgleichungen Übersicht Definitionen, Beispiele 1 Definitionen, Beispiele 2 Geometrische Deutung Numerik Einfache
MehrFakultät Grundlagen. Februar 2016
Schwingungsdifferenzialgleichung Fakultät Grundlagen Hochschule Esslingen Februar 016 Fakultät Grundlagen Schwingungsdifferenzialgleichung Übersicht 1 Schwingungsdifferenzialgleichung Fakultät Grundlagen
Mehr4 Gewöhnliche Differentialgleichungen
4 Gewöhnliche Differentialgleichungen 4.1 Einleitung Definition 4.1 Gewöhnliche Differentialgleichung n-ter Ordnung Eine Gleichung, in der Ableitungen einer unbekannten Funktion y = y(x) bis zur n-ten
MehrDifferenzialgleichungen erster Ordnung
Differenzialgleichungen erster Ordnung Fakultät Grundlagen Mai 2011 Fakultät Grundlagen Differenzialgleichungen erster Ordnung Übersicht Grundsätzliches 1 Grundsätzliches Geometrische Deutung Numerik 2
MehrSerie 13. Analysis D-BAUG Dr. Cornelia Busch FS 2016
Analysis D-BAUG Dr. Cornelia Busch FS 2016 Serie 13 1. Prüfungsaufgabe 4, Winter 2014. Bestimmen Sie die Funktion, für die gilt: An jeder Stelle des Definitionsbereichs ist die Steigung des Graphen der
MehrDie Differentialgleichung :
Die Differentialgleichung : Erstellt von Judith Ackermann 1.) Definition, Zweck 1.1) verschiedene Arten von Differentialgleichungen 2.) Beispiele und Lösungswege 2.1) gewöhnliche Differentialgleichungen
MehrPrüfungsvorbereitungskurs Höhere Mathematik 3
Prüfungsvorbereitungskurs Höhere Mathematik 3 Gewöhnliche Differentialgleichungen Marco Boßle Jörg Hörner Mathematik Online Frühjahr 2011 PV-Kurs HM 3 Gew. DGl 1-1 Zusammenfassung y (x) = F (x, y) Allgemeine
MehrLineare Differenzen- und Differenzialgleichungen
Lineare Differenzen- und Differenzialgleichungen Fakultät Grundlagen April 2011 Fakultät Grundlagen Lineare Differenzen- und Differenzialgleichungen Übersicht 1 Beispiele Anwendung auf Fragen der dynamischen
MehrSysteme von Differentialgleichungen. Beispiel 1: Chemische Reaktionssysteme. Beispiel 2. System aus n Differentialgleichungen 1. Ordnung: y 1.
Systeme von Differentialgleichungen Beispiel : Chemische Reaktionssysteme System aus n Differentialgleichungen Ordnung: y (x = f (x, y (x,, y n (x Kurzschreibweise: y y 2 (x = f 2(x, y (x,, y n (x y n(x
Mehr3. Berechnen Sie auch die Beschleunigung a als Funktion der Zeit t. 4. Erstellen Sie ein SIMULINK Modell, das x(t) numerisch berechnet.
unit 1 / Seite 1 Einführung Differenzialgleichungen In physikalischen Anwendungen spielt oft eine Messgrösse in Abhängigkeit von der Zeit die Hauptrolle. Beispiele dafür sind Druck p, Temperatur T, Geschwindigkeit
MehrMathematik II Frühjahrssemester 2013
Mathematik II Frühjahrssemester 2013 Prof. Dr. Erich Walter Farkas Kapitel 10: Gewöhnliche Differentialgleichungen Prof. Dr. Erich Walter Farkas Mathematik I+II, 10. Diff. Gl. 1 / 59 1 Differentialgleichungen
MehrGewöhnliche Differentialgleichungen
Gewöhnliche Differentialgleichungen Vorbemerkungen. Eine gewöhnliche Differentialgleichung ist eine Gleichung, wo neben einer gesuchten Funktion y(x) auch deren Ableitungen y, y etc. auftreten, z.b. y
Mehr1 Einführung, Terminologie und Einteilung
Zusammenfassung Kapitel V: Differentialgleichungen 1 Einführung, Terminologie und Einteilung Eine gewöhnliche Differentialgleichungen ist eine Bestimmungsgleichung um eine Funktion u(t) einer unabhängigen
MehrLösungen der Aufgaben zu Kapitel 10
Lösungen der Aufgaben zu Kapitel 10 Abschnitt 10.2 Aufgabe 1 (a) Die beiden Funktionen f(x) = 1 und g(y) = y sind auf R definiert und stetig. 1 + x2 Der Definitionsbereich der Differentialgleichung ist
Mehr11.4. Lineare Differentialgleichungen höherer Ordnung
4 Lineare Differentialgleichungen höherer Ordnung Bei vielen geometrischen, physikalischen und technischen Problemen hat man nicht nur eine Funktion (in einer Variablen) und ihre Ableitung zueinander in
Mehry hom (x) = C e p(x) dx
Gewöhnliche Differentialgleichungen F (x, y, y,..., y n ) = 0 Gleichung, die die Veränderliche x sowie die Funktion y = y(x) und ihre Ableitungen y,..., y n beinhaltet. Klassifiaktion: implizit F (...)
Mehr6 Gewöhnliche Differentialgleichungen
6 Gewöhnliche Differentialgleichungen Differentialgleichungen sind Gleichungen in denen nicht nur eine Funktion selbst sondern auch ihre Ableitungen vorkommen. Im einfachsten Fall gibt es eine unabhängige
Mehr2.5 Lineare Differentialgleichungen n-ter Ordnung
2.5 Lineare Differentialgleichungen n-ter Ordnung Eine Dgl der Gestalt a n (x)y (n) +a n 1 (x)y (n 1) +...+a 2 (x)y +a 1 (x)y +a 0 (x)y = b(x) heißt lineare Dgl n-ter Ordnung. ( ) Dabei sind a 0, a 1,...,
Mehr4. Differentialgleichungen
4. Differentialgleichungen Prof. Dr. Erich Walter Farkas 10.11.2011 Seite 1 Einleitung Viele in der Natur stattfindende Vorgänge können durch sogenannte Differentialgleichungen beschrieben werden. Unter
Mehr5 Gewöhnliche Differentialgleichungen
5 Gewöhnliche Differentialgleichungen 5.1 Einleitung & Begriffsbildung Slide 223 Natürliches Wachstum Eine Population bestehe zur Zeit t aus N(t) Individuen. Die Population habe konstante Geburts- und
MehrVorbereitung für die Prüfung Mathematik II für Informatiker
Technische Universität Ilmenau SS 2010 Institut für Mathematik Inf Prof. Dr. Michael Stiebitz Vorbereitung für die Prüfung Mathematik II für Informatiker 1 Lineare Algebra Aufgabe 1 Schauen Sie sich die
MehrSerie 9, Musterlösung. Klasse: 2Ub Semester: 2 Datum: 30. Mai z 3 = i z 4 = 15 Z 4 Z Re(z) z 4 = 1 e i 7π 4
anu donat.adams@fhnw.ch www.adams-science.com Serie 9, Musterlösung Klasse: Ub Semester: Datum: 3. Mai 17 1. Die komplee Zahlenebene Stelle die Zahlen als Punkte in der kompleen Zahlenebene dar. Berechne
MehrHöhere Mathematik II (Analysis) für die Fachrichtung Informatik - Lösungen
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Institut für Analysis Priv.-Doz. Dr. Gerd Herzog Dipl.-Math. Carlos Hauser SoSe 7 7.7.7 Höhere Mathematik II (Analysis) für die Fachrichtung Informatik - Lösungen.
MehrLösungsvorschläge zum 4. Übungsblatt, WS 2012/2013 Höhere Mathematik III für die Fachrichtung Physik
Lösungsvorschläge zum 4. Übungsblatt, WS 202/203 Höhere Mathematik III für die Fachrichtung Physik Aufgabe 6 Bei allen Aufgabenteilen handelt es sich um (homogene bzw. inhomogene) lineare Differentialgleichungen
Mehr8.1 Begriffsbestimmung
8 Gewöhnliche Differentialgleichungen 8 Gewöhnliche Differentialgleichungen 8.1 Begriffsbestimmung Wir betrachten nur Differentialgleichungen für Funktionen einer (reellen) Variablen. Definition: Für eine
MehrMATHEMATIK 2 FÜR DIE STUDIENGÄNGE CHE- MIE UND LEBENSMITTELCHEMIE
Mathematik und Naturwissenschaften Fachrichtung Mathematik, Institut für Numerische Mathematik MATHEMATIK 2 FÜR DIE STUDIENGÄNGE CHE- MIE UND LEBENSMITTELCHEMIE Gewöhnliche Differentialgleichungen Prof.
Mehrsie ist also eine Lösung der Differenzialgleichung y 0 = Ay. Bei x = 0 sind diese n Spalten auch linear unabhängig, da ja
Lineare Systeme mit konstanten Koeffizienten 44 63 Zusammenhang mit Fundamentalsystemen Für die Matrix-Exponenzialfunkton e Ax gilt (e Ax ) = Ae Ax Für jede Spalte '(x) der Matrix e Ax Matrixmultpiplikation
Mehr1.5 Lineare Differentialgleichungen zweiter Ordnung
16 Kapitel 1. Differentialgleichungen 1.5 Lineare Differentialgleichungen zweiter Ordnung Eine lineare Differentialgleichung zweiter Ordnung hat die Form y +a 1 (x)y +a 0 (x)y = b(x), wobei a 1,a 0,b:I
MehrAnleitung zu Blatt 4 Differentialgleichungen I für Studierende der Ingenieurwissenschaften
Fachbereich Mathematik der Universität Hamburg WiSe / Dr Hanna Peywand Kiani 722 Anleitung zu Blatt 4 Differentialgleichungen I für Studierende der Ingenieurwissenschaften Lineare Differentialgleichungssysteme,
Mehr, r [0, 2], ϕ [0,π/2], ϑ [0,π/6]. x 3. x 2 2 x 2 1. F(x) = x 2 3
Prof. Dr. Eck Höhere Mathematik 3 9.3.9 Aufgabe ( Punkte) Gegeben ist der Körper K mit der Parametrisierung x r cos ϕ cos ϑ K : x = Φ(r,ϕ,ϑ) = r sin ϕ cos ϑ, r [, ], ϕ [,π/], ϑ [,π/6]. x 3 r sin ϑ a) Berechnen
MehrI) MATRIZEN. 1) Speichern geometrischer Daten: Punkte, Vektoren. j - te Variable (Spalte), j = 1,2,3,..., n
I) MATRIZEN Motivation: 1) Speichern geometrischer Daten: Punkte, Vektoren. 2) Lineare Gleichungen y1 = a11x1+ a12x2 + a13x3 y2 = a21x1+ a22x2 + a23x3... Koeffizienten a ij i - te Gleichung (Zeile), i
MehrDierentialgleichungen 2. Ordnung
Dierentialgleichungen 2. Ordnung haben die allgemeine Form x = F (x, x, t. Wir beschränken uns hier auf zwei Spezialfälle, in denen sich eine Lösung analytisch bestimmen lässt: 1. reduzible Dierentialgleichungen:
MehrLineare Differentialgleichungen höherer Ordnung mit konstanten Koeffizienten
Robert Labus Wintersemester 01/013 Lineare Differentialgleichungen höherer Ordnung mit konstanten Koeffizienten Definition Ist n N eine natürliche Zahl und a k R für k = 1;...; n, dann wird die Abbildung
MehrDIFFERENTIALGLEICHUNGEN
DIFFERENTIALGLEICHUNGEN GRUNDBEGRIFFE Differentialgleichung Eine Gleichung, in der Ableitungen einer unbekannten Funktion y = y(x) bis zur n-ten Ordnung auftreten, heisst gewöhnliche Differentialgleichung
MehrDifferentialgleichungen
Kapitel Differentialgleichungen Josef Leydold Mathematik für VW WS 05/6 Differentialgleichungen / Ein einfaches Modell (Domar) Im Domar Wachstumsmodell treffen wir die folgenden Annahmen: () Erhöhung der
Mehr4.7 Lineare Systeme 1. Ordnung
3. Die allgemeine Lösung der inhomogenen Differentialgleichung lautet damit yx = y hom x + y inh x = c x + c 2 x + 8 x + 4 xlnx2 4 xlnx = C x + C 2 x + 4 xlnx2 4 xlnx. Wir haben c 2 + 8 zu C 2 zusammengefasst.
MehrAufgabenkomplex 4: Vektorfunktionen, Differenzialgleichungen, Eigenwertprobleme
Technische Universität Chemnitz 3. Mai Fakultät für Mathematik Höhere Mathematik I. Aufgabenkomple 4: Vektorfunktionen, Differenzialgleichungen, Eigenwertprobleme Letzter Abgabetermin:. Juni (in Übung
MehrPrüfung zur Vorlesung Mathematik I/II
Dr. A. Caspar ETH Zürich, August 2011 D BIOL, D CHAB Prüfung zur Vorlesung Mathematik I/II Bitte ausfüllen! Name: Vorname: Legi-Nr.: Nicht ausfüllen! Aufgabe Punkte Kontrolle 1 2 3 4 5 6 Total Vollständigkeit
MehrMathematik III für MB, MPE, LaB, WI(MB) Übung 1, Lösungsvorschlag
Gruppenübung Mathematik III für MB, MPE, LaB, WI(MB) Übung 1, Lösungsvorschlag G 11 (Klassifikation von Differentialgleichungen) Klassifizieren Sie die folgenden Differentialgleichungen: x 2 y + x y +
MehrMathematische Methoden der Physik I
Karl-Heinz otze Mathematische Methoden der Physik I Nachschrift des Vorlesungs-Manuskripts und A TEX-Satz von Simon Stützer Jena, November 2009 Inhaltsverzeichnis 9 Gewöhnliche Differentialgleichungen
Mehr7. Übungsblatt Physik I für MWWT Komplexe Zahlen, gewöhnliche Differentialgleichungen
Prof. Dr. Walter Arnold Lehrstuhl für Materialsimulation Universität des Saarlandes 5. Januar 2016 7. Übungsblatt Physik I für MWWT Komplexe Zahlen, gewöhnliche Differentialgleichungen Abgabe des Übungsblattes
MehrGewöhnliche Dierentialgleichungen
Gewöhnliche Dierentialgleichungen sind Gleichungen, die eine Funktion mit ihren Ableitungen verknüpfen. Denition Eine explizite Dierentialgleichung (DGL) nter Ordnung für die reelle Funktion t x(t) hat
MehrLineare Differentialgleichungen höherer Ordnung
Lineare Differentialgleichungen höherer Ordnung I. Grundlegendes Eine homogene lineare Differentialgleichung n-ter Ordnung besitzt die Form y (n) + a n 1 (x)y (n 1) +... + a 1 (x)y + a 0 (x)y = 0 Eine
MehrGewöhnliche Differentialgleichungen. Teil II: Lineare DGLs mit konstanten Koeffizienten
- 1 - Gewöhnliche Differentialgleichungen Teil II: Lineare DGLs mit konstanten Koeffizienten Wir wenden uns jetzt einer speziellen, einfachen Klasse von DGLs zu, die allerdings in der Physik durchaus beträchtliche
Mehr2. Schwingungen eines Einmassenschwingers
Baudynamik (Master) SS 2017 2. Schwingungen eines Einmassenschwingers 2.1 Freie Schwingungen 2.1.1 Freie ungedämpfte Schwingungen 2.1.2 Federzahlen und Federschaltungen 2.1.3 Freie gedämpfte Schwingungen
MehrThema 10 Gewöhnliche Differentialgleichungen
Thema 10 Gewöhnliche Differentialgleichungen Viele Naturgesetze stellen eine Beziehung zwischen einer physikalischen Größe und ihren Ableitungen (etwa als Funktion der Zeit dar: 1. ẍ = g (freier Fall;
MehrBestimmen Sie die Lösung des Anfangswertproblems. y (x) 4y (x) 5y(x) = 6e x. y(0) = y (0) = 0.
Aufgabe Bestimmen Sie die Lösung des Anfangswertproblems y (x) 4y (x) 5y(x) = 6e x y(0) = y (0) = 0. Zunächst bestimmen wir die Lösung der homogenen DGL. Das charakteristische Polynom der DGL ist λ 2 4λ
MehrMathematik 2 für Ingenieure
Skriptum zur Vorlesung Mathematik für Ingenieure Differentialgleichungen Prof. Dr.-Ing. Norbert Höptner (nach einer Vorlage von Prof. Dr.-Ing. Torsten Benkner) Fachhochschule Pforzheim FB-Ingenieurwissenschaften,
Mehrx 2 y + xp(x)y + q(x)y = 0, (1) wobei p(x) = Satz: Falls ρ 1, ρ 2 R, mit ρ 1 ρ 2 so gibt es für 0 < x < R ein Fundamentalsystem von (1) der Gestalt
Kurze Zusammenfassung der Vorlesung 6 Am Anfang werden wir einbisschen mehr den Potenzreihenansatz besprechen. Abgewandelter Potenzreihenansatz In Verallgemeinerung der Eulerschen Differentialgleichung
MehrLösungen zu Mathematik I/II
Prof. Dr. E. W. Farkas ETH Zürich, Februar 11 D BIOL, D CHAB Lösungen zu Mathematik I/II Aufgaben 1. 1 Punkte a Wir berechnen lim x x + x + 1 x + x 3 + x = 1. b Wir benutzen L Hôpital e x e x lim x sinx
MehrMathematischer Vorkurs Lösungen zum Übungsblatt 3
Mathematischer Vorkurs Lösungen zum Übungsblatt 3 Prof. Dr. Norbert Pietralla/Sommersemester c.v.meister@skmail.ikp.physik.tu-darmstadt.de Aufgabe : Berechnen Sie die bestimmten Integrale: π/ 3 cos(x)
MehrEinfache Differentialgleichungen (algebraische Lösung)
Einfache Differentialgleichungen (algebraische Lösung) 0. Definition, Einschränkung Definition: Sei die Funktion mit Gleichung = f() n-mal differenzierbar. Gilt F(,,,,, (n) ) = 0 (für alle ), so erfüllt
MehrGewöhnliche inhomogene Differentialgleichungen der 1. und 2. Ordnung. Christopher Schael
Gewöhnliche inhomogene Differentialgleichungen der 1. und. Ordnung 1.1.) Anleitung DGL der 1. Ordnung 1.) DGL der 1. Ordnung In diesem Abschnitt werde ich eine Anleitung zur Lösung von inhomogenen und
MehrRückblick auf die letzte Vorlesung
Rückblick auf die letzte Vorlesung Lineare Differentialgleichungen Ausblick auf die heutige Vorlesung Lineare autonome Differentialgleichungen 2 Bestimmung des Fundamentalsystems 3 Jordansche Normalform
MehrMathematische Methoden für Informatiker
Prof. Dr. www.math.tu-dresden.de/ baumann 8.12.2016 20. Vorlesung Differentialgleichungen n-ter Ordnung Lösung einer Differentialgleichung Veranschaulichung der Lösungsmenge Anfangswertprobleme Differentialgleichungen
Mehr6.2 Lineare Differentialgleichungen erster Ordnung
98 6.2 Lineare Differentialgleichungen erster Ordnung Eine Differentialgleichung erster Ordnung heisst linear, wenn sie auf die Form y = p(x)y +q(x) (I) gebracht werden kann. Die DGL y = p(x)y (H) heisst
MehrDIFFERENTIALGLEICHUNGEN (DGL)
DIFFERENTIALGLEICHUNGEN (DGL) Definition und Klassifikation und Beispiele Definition und Klassifikation Definition Gleichung, deren Unbekannte eine Funktion ist und die Ableitungen der gesuchten Funktion
MehrPrüfungsvorbereitungskurs Höhere Mathematik 3
Prüfungsvorbereitungskurs Höhere Mathematik 3 Differentialgleichungssysteme Marco Boßle Jörg Hörner Mathematik Online Frühjahr 20 PV-Kurs HM 3 DGlSysteme - Zusammenfassung Allgemeine Differentialgleichungssysteme.Ordnung
Mehry = A(x) y + b(x). (1) y = A(x) y (2)
73 5.2 Lineare Systeme Sei weiterhin IK = C oder IK = IR. Seien = I IR ein offenes Intervall, x 0 I, y 0 IK n, A: I IK n n und b: I IK n stetige matrix- bzw vektorwertige Funktionen. Wir betrachten komplexe
MehrKleine Formelsammlung zu Mathematik für Ingenieure IIA
Kleine Formelsammlung zu Mathematik für Ingenieure IIA Florian Franzmann 5. Oktober 004 Inhaltsverzeichnis Additionstheoreme Reihen und Folgen 3. Reihen...................................... 3. Potenzreihen..................................
Mehr8. Übungsblatt Aufgaben mit Lösungen
8 Übungsblatt Aufgaben mit Lösungen Aufgabe 6: Matrix Bestimmen Sie die allgemeine reelle Lösung des Differentialgleichungssystems u x = Aux für die A =, 9 indem Sie das System auf eine einzelne gewöhnliche
MehrDifferentialgleichungen 2. Ordnung
Differentialgleichungen 2. Ordnung 1-E1 1-E2 Einführendes Beispiel Freier Fall Viele Geschichten ranken sich um den schiefen Turm von Pisa: Der Legende nach hat der aus Pisa stammende Galileo Galilei bei
MehrHöhere Mathematik III für die Fachrichtung Elektrotechnik und Informationstechnik
Karlsruher Institut für Technologie Institut für Analysis Dr. I. Anapolitanos Dipl.-Math. Sebastian Schwarz SS 7 4.5.7 Höhere Mathematik III für die Fachrichtung Elektrotechnik und Informationstechnik
MehrDifferentialgleichungen
Differentialgleichungen Viele physikalische Probleme können mathematisch als gewöhnliche Differentialgleichungen formuliert werden nur eine unabhängige Variable (meist t), z.b. Bewegungsgleichungen: gleichmäßig
MehrLösungen zum 9. Übungsblatt zur Vorlesung Höhere Mathematik II für biw/ciw/mach/mage/vt
Karlsruher Institut für Technologie Institut für Algebra und Geometrie PD Dr. F. Hettlich Dr. S. Schmitt Dipl.-Math. J. Kusch Karlsruhe, den 09.06.20 Lösungen zum 9. Übungsblatt zur Vorlesung Höhere Mathematik
Mehr6 Differentialgleichungen
93 6 Differentialgleichungen Eine Differentialgleichung ist eine Gleichung, in der eine unbekannte Funktion y = y(x) und Ableitungen (die erste oder auch höhere) von y vorkommen. Lösungen einer Differentialgleichung
MehrSeite 1. sin 2 x dx. b) Berechnen Sie das Integral. e (t s)2 ds. (Nur Leibniz-Formel) c) Differenzieren Sie die Funktion f(t) = t. d dx ln(x + x3 ) dx
Seite Aufgabe : a Berechnen Sie das Integral b Berechnen Sie das Integral +x x+x dx. π sin x dx. c Differenzieren Sie die Funktion ft = t e t s ds. Nur Leibniz-Formel a + x x + x dx = d dx lnx + x dx =
MehrLösung Serie 1 (Differentialgleichungen 1-ter Ordnung)
Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) Hochschule für Technik Institut für Geistes- und Naturwissenschaft Lösung Serie 1 (Differentialgleichungen 1-ter Ordnung) Dozent: Roger Burkhardt Klasse: Studiengang
MehrDiese Fragen sollten Sie auch ohne Skript beantworten können: Was beschreibt der Differenzenquotient? Wie kann man sich die Steigung im vorstellen? Wa
103 Diese Fragen sollten Sie auch ohne Skript beantworten können: Was beschreibt der Differenzenquotient? Wie kann man sich die Steigung im vorstellen? Was bedeutet das für die Ableitungen? Was ist eine
MehrAufgabe 2 (5 Punkte) y = 1 x. y + 3e 3x+2 x. von f. (ii) Für welches u in R 2 gilt f(u) = [3, 3, 4] T? x 2 + a x 3 x 1 4x 2 + a x 3 2x 4
Prof. Dr. B. Billhardt Wintersemester 4/5 Klausur zur Vorlesung Höhere Mathematik II (BNUW) 4.3.5 Aufgabe (a) Ermitteln Sie die Nullstellen des Polynoms p(z) = z 4 4z 3 + 3z + 8z. Tipp: p( + i) =. (b)
Mehr14 Lineare Differenzengleichungen
308 14 Lineare Differenzengleichungen 14.1 Definitionen In Abschnitt 6.3 haben wir bereits eine Differenzengleichung kennengelernt, nämlich die Gleichung K n+1 = K n q m + R, die die Kapitalveränderung
MehrHöhere Mathematik II für Ingenieurinnen und Ingenieure Beispiele zur 10. Übung
TU Bergakademie Freiberg Vorl. Frau Prof. Dr. Swanhild Bernstein Übung Dipl.-Math. Daniel Lorenz Freiberg, 7. Juni 2017 Höhere Mathematik II für Ingenieurinnen und Ingenieure Beispiele zur 10. Übung Wenn
Mehr5. Vorlesung Wintersemester
5. Vorlesung Wintersemester 1 Bewegung mit Stokes scher Reibung Ein dritter Weg, die Bewegungsgleichung bei Stokes scher Reibung zu lösen, ist die 1.1 Separation der Variablen m v = αv (1) Diese Methode
MehrExperimentalphysik E1
Experimentalphysik E1 Gedämpfte & erzwungene Schwingungen Alle Informationen zur Vorlesung unter : http://www.physik.lmu.de/lehre/vorlesungen/index.html 16. Dez. 16 Harmonische Schwingungen Auslenkung
MehrDifferentialgleichungen
Differentialgleichungen Heinz Ungricht ungr. März 4 Inhaltsverzeichnis Differentialgleichungen. Einführende Beispiele................................... 4. Lineare Differentialgleichungen ter Ordnung mit
MehrHöhere Mathematik III für die Fachrichtung Elektrotechnik und Informationstechnik
Karlsruher Institut für Technologie Institut für Analsis Dr. I. Anapolitanos Dipl.-Math. Sebastian Schwarz SS 07.05.07 Höhere Mathematik III für die Fachrichtung Elektrotechnik und Informationstechnik
Mehrf(x, y) = x 2 4x + y 2 + 2y
7. Februar Lösungshinweise Theorieteil Aufgabe : Bestimmen Sie die Niveaumengen (Höhenlinien) der Funktion f(x, y) = x 4x + y + y und skizzieren Sie das zugehörige Höhenlinienbild im kartesischen Koordinatensystem
MehrMR Mechanische Resonanz
MR Mechanische Resonanz Blockpraktikum Herbst 2007 (Gruppe 2b) 24. Oktober 2007 Inhaltsverzeichnis Grundlagen 2. Freie, ungedämpfte Schwingung....................... 2.2 Freie, gedämpfte Schwingung........................
MehrÜbungen zum Ferienkurs Analysis II
Übungen zum Ferienkurs Analysis II Implizite Funktionen und Differentialgleichungen 4. Umkehrbarkeit I Man betrachte die durch g(s, t = (e s cos(t, e s sin(t gegebene Funktion g : R R. Zeigen Sie, dass
MehrDifferentialgleichungen
Differentialgleichungen Geschwindigkeit und Beschleunigung Für eine geradlinige Bewegung auf der x-achse: x x t. Momentangeschwindigkeit : v t x t dx dt Momentanbeschleunigung : a t v t x t dv d2 x. dt
MehrLösung zur Übung 19 SS 2012
Lösung zur Übung 19 SS 01 69) Beim radioaktiven Zerfall ist die Anzahl der pro Zeiteinheit zerfallenden Kerne dn/dt direkt proportional zur momentanen Anzahl der Kerne N(t). a) Formulieren Sie dazu die
MehrLineare DGL. Bei linearen Problemen liegt eine typische Lösungsstruktur vor. Betrachten wir hierzu die Gleichung 2x+y = 3
Lineare DGL Bei linearen Problemen liegt eine typische Lösungsstruktur vor. Betrachten wir hierzu die Gleichung 2x+y = 3 Die zugehörige homogene Gleichung ist dann 2x+y = 0 Alle Lösungen (allgemeine Lösung)
MehrWalter Strampp AUFGABEN ZUR WIEDERHOLUNG. Mathematik III
Walter Strampp AUFGABEN ZUR WIEDERHOLUNG Mathematik III Differenzialgleichungen erster Ordnung Aufgabe.: Richtungsfeld und Isoklinen skizzieren: Wie lauten die Isoklinen folgender Differenzialgleichungen:
MehrFachbereich Mathematik/Informatik 16. Juni 2012 Prof. Dr. H. Brenner. Mathematik für Anwender II. Testklausur mit Lösungen
Fachbereich Mathematik/Informatik 6. Juni 0 Prof. Dr. H. Brenner Mathematik für Anwender II Testklausur mit Lösungen Aufgabe. Definiere die folgenden (kursiv gedruckten) Begriffe. () Ein Skalarprodukt
Mehr5.4 Uneigentliche Integrale
89 Wir dividieren die Potenzreihe von sin(t) gliedweise durch t und erhalten sint t = t (t t3 3! + t5 5! + ) = t2 3! + t4 5! +. Diese Reihe ist konvergent für alle t R. Nun integrieren wir gliedweise.
Mehr13 Differentialgleichungen
3 Differentialgleichungen 282 3. Einführung Unter einer Differentialgleichung (=: DGL) versteht man eine Bestimmungsgleichung für eine unbekannte Funktion, in der die Funktion selbst und ihre Ableitungen
MehrBasisprüfung, Gruppe A Analysis I/II
Offene Aufgaben. Jeder der folgenden sieben offenen Aufgaben ist eine einzelne thematisch verwandte Single Choice-Aufgabe vorangestellt. Beantworten Sie die Single Choice Aufgabe auf dem Antwortzettel.
MehrMusterlösungen Serie 9
D-MAVT D-MATL Analysis II FS 2013 Prof. Dr. P. Biran Musterlösungen Serie 9 1. Frage 1 Gegeben ist eine lineare und homogene Differenzialgleichung, welche y : x sin x als Lösung besitzt. Welche der folgenden
MehrMusterlösungen Online Zwischentest - Serie 10
D-MAVT, D-MATL Analysis II FS 2013 Prof. Dr. P. Biran Musterlösungen Online Zwischentest - Serie 10 Frage 1 [Prüfungsaufgabe Frühling 2011)] Sei das Vektorfeld in R 3, ( x v(x,y,z) = 2, x+y ),0 2 und der
Mehr= r ). Beispiele. 1) Kreis. Skizze mit Tangentialvektoren ( x. 2) Zykloide. Skizze für a = r = 1:
VEKTORANALYSIS Inhalt: 1) Parametrisierte Kurven 2) Vektorfelder 3) Das Linienintegral 4) Potentialfelder 1 Parametrisierte Kurven Definitionen xt () Kurve: x = x() t = y() t, t zt () xt () dxt () Tangentialvektor:
MehrLösungsskizzen zur Nachklausur
sskizzen zur Nachklausur Mathematik II für die Fachrichtungen Biologie und Chemie Sommersemester 22 Aufgabe Es seien die folgenden Vektoren 2 v = 2, v 2 = und v 3 = 2 im R 3 gegeben. (a) Zeigen Sie, dass
MehrKlausurenkurs zum Staatsexamen (WS 2016/17): Differential und Integralrechnung 8
Dr. Erwin Schörner Klausurenkurs zum Staatsexamen (WS 2016/17): Differential und Integralrechnung 8 8.1 (Herbst 2012, Thema 2, Aufgabe 5) Bestimmen Sie die allgemeine Lösung der Differentialgleichung (
MehrDifferentialgleichungen II für Studierende der Ingenieurwissenschaften
Fachbereich Mathematik der Universität Hamburg SoSe 2006 Prof. Dr. R. Lauterbach Dr. K. Rothe Differentialgleichungen II für Studierende der Ingenieurwissenschaften Lösungen zu Blatt 4 Aufgabe 13: Gegeben
MehrEine DG ist eine Gleichung, die Ableitungen der gesuchten Funktion enthält.
C7 Differentgleichungen (DG) (enthalten Ableitungen der gesuchten Funktionen) [Stoffgliederung im Skript für Kapitel C7 weicht ab vom Altland-Delft-Text] C7.1 Was ist eine DG, wozu wird sie gebraucht?
MehrMathematik 2 für Naturwissenschaften
Hans Walser Mathematik für Naturwissenschaften Modul Lineare Abbildungen. Eigenwerte Lernumgebung. Teil Hans Walser: Modul, Lineare Abbildungen. Eigenwerte. Lernumgebung. Teil ii Inhalt Lineare Abbildung
MehrKommentierte Musterlösung zur Klausur HM II für Naturwissenschaftler
Kommentierte Musterlösung zur Klausur HM II für Naturwissenschaftler Sommersemester 23 (5.8.23). Gegeben seien die Matrizen A = 2 3 3 und B = 5 2 5 (a) Bestimmen Sie die Eigenwerte von A und B sowie die
Mehr1 Differentialrechnung
BT/MT SS 6 Mathematik II Klausurvorbereitung www.eah-jena.de/~puhl Thema: Üben, üben und nochmals üben!!! Differentialrechnung Aufgabe Differenzieren Sie folgende Funktionen: a y = ln( b f( = a a + c f(
MehrAufgabensammlung. Mathematik 2
Prof. Dr. H.-R. Metz FH Gießen Friedberg Version K S 09 Aufgabensammlung zur Vorlesung Mathematik 2 1 Komplexe Zahlen 1.1 Kartesische Darstellung Aufgabe 1 Gegeben sind die komplexen Zahlen z 1 = 3 2j
Mehr11.2. Lineare Differentialgleichungen erster Ordnung
112 Lineare Differentialgleichungen erster Ordnung Dynamische Entwicklung von Populationen Entwickelt sich eine bestimmte Größe, zb die einer Population oder eines einzelnen Organismus, nicht nur proportional
Mehr