Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Vergelijkbare documenten
f even en g oneven = f g oneven. f(x) dx = 2 Stel dat f een even functie is en dat de Fourierreeks voor f gelijk is aan a n cos nπx + b n sin nπx )

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Hoofdstuk 10: Partiële differentiaalvergelijkingen en Fourierreeksen

Hoofdstuk 10: Partiële differentiaalvergelijkingen en Fourierreeksen

10.6. Andere warmteproblemen. We hebben warmteproblemen bekeken van de vorm. 0 < x < L, t > 0. w(0, t) = 0, w(l, t) = 0, t 0. u(x, 0) = f(x), 0 x L,

11.3. Inhomogene randwaardeproblemen. We beschouwen eerst inhomogene Sturm- Liouville randwaardeproblemen van de vorm :

Hoofdstuk 11: Randwaardeproblemen en Sturm-Liouville theorie

5.8. De Bessel differentiaalvergelijking. Een differentiaalvergelijking van de vorm

Aanvullingen van de Wiskunde / Partiële Differentiaalvergelijkingen

Oefensessie 1 Lineaire differentiaalvergelijkingen & MAPLE Modeloplossingen Versie

Overzicht Fourier-theorie

TRILLINGEN EN GOLVEN HANDOUT FOURIER

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Tentamen Gewone Differentiaal Vergelijkingen II

1 WAAM - Differentiaalvergelijkingen

Hoofdstuk 3: Tweede orde lineaire differentiaalvergelijkingen

Tentamen Functies en Reeksen

Doe de noodzakelijke berekeningen met de hand; gebruik Maple ter controle.

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Toets 3 Calculus 1 voor MST, 4501CALC1Y donderdag 20 oktober 2016; 13:30-15:30 uur

Aanvullingen van de Wiskunde

De golfvergelijking in drie dimensies. Golfvergelijking in een dimensie: trillende snaar

10.8. De Laplace vergelijking. De warmtevergelijking in meerdimensionale ruimten heeft de volgende vorm :

Hoofdstuk 7: Stelsels eerste orde lineaire differentiaalvergelijkingen

Proeftoets 3 Calculus 1 voor MST, 4051CALC1Y dinsdag 31 oktober (Leids) studentnummer: A (Keijzer) / B (Kooij) / C (Weber) / D (van den Dries)

WI1708TH Analyse 2. College 5 24 november Challenge the future

Tentamenopgaven over hfdst. 1 t/m 4

CALCULUS 2. najaar Wieb Bosma (naar aantekeningen van Arno van den Essen) Radboud Universiteit Nijmegen

Hoofdstuk 1: Inleiding

Toets 4 Calculus 1 voor MST, 4501CALC1Y woensdag 2 november 2016; 13:30-15:30 uur

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Toets 3 Calculus 1 voor MST, 4051CALC1Y dinsdag 31 oktober 2017, 13:30 16:30 uur

Technische Universiteit Delft. ANTWOORDEN van Tentamen Gewone differentiaalvergelijkingen, TW2030 Vrijdag 30 januari 2015,

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Uitwerking Tentamen Calculus, 2DM10, maandag 22 januari 2007

Partiële differentiaalvergelijkingen en Fourierreeksen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Uitwerking van het tentamen Inleiding Signalen (2Y490) op 15 augustus 2003

Examen Wiskundige Analyse I 1ste bach ir wet. dinsdag 5 januari Vraag 1.1. Waar of vals (1pt) Het beginvoorwaardenprobleem

Analyse, Deel III Samenvatting Martijn Boussé

Ontwikkeling van het functiebegrip in: Wiskunde als Wetenschap

Centrale Commissie Voortentamen Wiskunde Uitwerkingen Voortentamen Wiskunde B 11 juni 2012

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Examenvragen Wiskundige Analyse I 1ste bach ir wet, eerste examenperiode

Aanvullingen van de Wiskunde

Differentiaalvergelijkingen voor WbMT. wi2051wbmt. Dr. Roelof Koekoek

Vergelijkingen oplossen met categorieën

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Korte handleiding Maple, bestemd voor gebruik bij de cursus Wiskunde

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Toelatingstest Wiskunde, dinsdag 21 juni 2011, uur.

168 HOOFDSTUK 5. REEKSONTWIKKELINGEN

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

34 HOOFDSTUK 1. EERSTE ORDE DIFFERENTIAALVERGELIJKINGEN

Oefenopgaven wi3097: Numerieke methoden voor differentiaalvergelijkingen

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Tentamen Wiskunde B. Het gebruik van een mobiele telefoon of andere telecommunicatieapparatuur tijdens het tentamen

HOOFDSTUK 4: GONIOMETRISCHE FUNCTIES

Examenvragen Wiskundige Analyse I, 1ste examenperiode

x 1 (t) = ve rt = (a + ib) e (λ+iµ)t = (a + ib) e λt (cos µt + i sin µt) x 2 (t) = ve rt = e λt (a cos µt b sin µt) ie λt (a sin µt + b cos µt).

Uitwerkingen tentamen Wiskunde B 16 januari 2015

In dit college bekijken we een aantal technieken om integralen te bepalen van trigonometrische functies en van rationale functies.

Student number: Zet je naam op alle bladzijdes (liefst nu!) voor het geval ze loslaten.

Vectorruimten en deelruimten

Opgaven Functies en Reeksen. E.P. van den Ban

IJkingstoets Wiskunde-Informatica-Fysica september 2018: algemene feedback

Opgaven Functies en Reeksen. E.P. van den Ban

TW2040: Complexe Functietheorie

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

TW2040: Complexe Functietheorie

Stelsels lineaire differentiaalvergelijkingen (homogeen)

Lineaire Algebra voor ST

MODELBOUW eindopdrachten 6 november 2006

Eerste orde partiële differentiaalvergelijkingen

Functies van één veranderlijke

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN

Examen G0O17E Wiskunde II (3sp) maandag 10 juni 2013, 8:30-11:30 uur. Bachelor Geografie en Bachelor Informatica

Hoofdstuk 9: Niet-lineaire differentiaalvergelijkingen en stabiliteit

college 6: limieten en l Hôpital

Complexe eigenwaarden

Analyse I. 1ste Bachelor Ingenieurswetenschappen Academiejaar ste semester 12 januari 2010

9.1 Recursieve en directe formules [1]

Stelsels lineaire differentiaalvergelijkingen (homogeen)

De notatie van een berekening kan ook aangeven welke bewerking eerst moet = = 16

Integratietechnieken: substitutie en partiële integratie

Zelftest wiskunde voor Wiskunde, Fysica en Sterrenkunde

Resultaten IJkingstoets Bio-ingenieur 1 september Nummer vragenreeks: 1

Samenvatting wiskunde havo 4 hoofdstuk 5,7,8 en vaardigheden 3 en 4 en havo 5 hoofdstuk 3 en 5 Hoofdstuk 5 afstanden en hoeken Voorkennis Stelling van

Differentiaalvergelijkingen Hoorcollege 11

Tentamen Differentiaalvergelijkingen, (wi1 909TH) woensdag 1 februari 2017, uur.

HERTENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Lineaire Afbeelding Stelsels differentiaalvergelijkingen. 6 juni 2006

Lineaire gewone & partiele 1ste en 2de orde differentiaalvergelijkingen

Indicatie van voorkennis per les Algemene relativiteitstheorie Docent: Dr. H. (Harm) van der Lek

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Calculus C (2WCB1) op zaterdag 25 januari 2014, 9:00 12:00 uur

1 Eigenwaarden en eigenvectoren

WI1708TH Analyse 3. College 2 12 februari Challenge the future

Tentamen Differentiaalvergelijkingen, (wi1 909TH) woensdag 12 april 2017, uur.

2. Hoelang moet de tweede faze duren om de hoeveelheid zout in de tank op het einde van de eerste faze, op de helft terug te brengen?

15.0 Voorkennis. Herhaling rekenregels voor differentiëren: (somregel) (productregel) (quotiëntregel) n( x) ( n( x))

Transcriptie:

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft Roelof Koekoek wi23wbmt Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 1 / 12

Fourierreeksen van even en oneven functies a 2 + ( a n cos + b n sin Definitie Een functie f heet even als f ( x = f (x voor alle x Een functie f heet oneven als f ( x = f (x voor alle x Dergelijke functies moeten dus gedefinieerd zijn op een symmetrisch interval rond Voorbeelden: 1, x 2, x 4, 1 + x 6, cos(x zijn even functies x, x 3, x 5, x + x 7, sin(x zijn oneven functies Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 2 / 12

Fourierreeksen van even en oneven functies Als f een oneven functie is, dan geldt: Als f een even functie is, dan geldt: f (x dx = f (x dx = 2 f (x dx Verder gelden de volgende rekenregels: f even en g even, dan is f g even f even en g oneven, dan is f g oneven f oneven en g oneven, dan is f g even Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 3 / 12

Fourierreeksen van even en oneven functies Gevolg: f even: 1 f (x cos dx = 2 1 f (x sin dx = f (x cos dx f oneven: 1 f (x cos dx = 1 f (x sin dx = 2 f (x sin dx Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 4 / 12

Fourier cosinusreeks / Fourier sinusreeks Als f een even functie is op [, en verder periodiek met periode 2, dan geldt: f (x = a 2 + a n cos met a = 2 f (x dx en a n = 2 (Fourier cosinusreeks f (x cos dx voor n 1 Als f een oneven functie is op [, en verder periodiek met periode 2, dan geldt: f (x = b n sin (Fourier sinusreeks met b n = 2 f (x sin dx voor n 1 Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 5 / 12

Fourier cosinusreeks / Fourier sinusreeks Als een functie f gedefinieerd is op een interval [, ], dan kan die functie even worden voortgezet op het interval [, ] en vervolgens periodiek met periode 2, maar kan ook oneven worden voortgezet op het interval [, ] en vervolgens periodiek met periode 2 Zo n functie kan dus als een Fourier cosinusreeks worden geschreven, maar ook als een Fourier sinusreeks: f (x = a 2 + a n cos = b n sin met a n = 2 f (x cos dx en b n = 2 f (x sin dx Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 6 / 12

Voorbeeld f (x = x, < x < 1 f (x = 2 π ( 1 n+1 sin(n π x n f (x = 1 2 + 2 π 2 ( 1 n 1 n 2 cos(n π x Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 7 / 12

Euler-Fourier formules / Relatie van Parseval f (x = a 2 + Euler-Fourier formules: en a n = 1 b n = 1 Relatie van Parseval: ( a n cos f (x cos f (x sin + b n sin dx, n =, 1, 2,... dx, n =, 1, 2,... 1 {f (x} 2 dx = a2 2 + an 2 + b 2 n Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 8 / 12

Methode van scheiden van variabelen Warmte- of diffusievergelijking: α 2 u xx = u t, < x <, t > Randvoorwaarden: u(, t = en u(, t = voor t > Beginvoorwaarde: u(x, = f (x voor x De positieve constante α 2 heet de diffusieconstante Stel u(x, t = X (x T (t, dan volgt: α 2 u xx = u t α 2 X (x T (t = X (x T (t Voor u(x, t = X (x T (t geldt nu: Hieruit volgt: X (x X (x = 1 α 2 T (t T (t = σ (separatieconstante X (x σ X (x = en T (t σ α 2 T (t = Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 9 / 12

Methode van scheiden van variabelen Uit de randvoorwaarden volgt: u(, t = : X (T (t = = X ( = en u(, t = : X (T (t = = X ( = Dus: { X (x σ X (x =, < x < X ( =, X ( = Dit is een homogeen randwaardeprobleem Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 1 / 12

Methode van scheiden van variabelen We hebben gezien dat er alleen voor negatieve eigenwaarden σ n = µ 2 n < met µ n = n π, n = 1, 2, 3,... niet-triviale oplossingen bestaan Eigenwaarden: σ n = n2 π 2, n = 1, 2, 3,... 2 Eigenfuncties: X n (x = sin, n = 1, 2, 3,... Voor T n (t volgt dan: T n(t σ n α 2 T n (t = en dus: ( T n (t = exp n2 π 2 α 2 t 2, n = 1, 2, 3,... Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 11 / 12

Methode van scheiden van variabelen Dan volgt: u n (x, t = X n (x T n (t = e n2 π 2 α 2 t 2 sin, n = 1, 2, 3,... Nu gebruiken we het superpositieprincipe: u(x, t = c n u n (x, t = c n e n2 π 2 α 2 ( t n π x 2 sin Uit de beginvoorwaarde u(x, = f (x voor x volgt dan: f (x = c n sin (Fourier sinusreeks Ten slotte volgt uit de Euler-Fourier formules: c n = 2 f (x sin dx, n = 1, 2, 3,... Roelof Koekoek (TU Delft Differentiaalvergelijkingen wi23wbmt 12 / 12