Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Vergelijkbare documenten
Het vinden van een particuliere oplossing

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Hoofdstuk 3: Tweede orde lineaire differentiaalvergelijkingen

Lineaire dv van orde 2 met constante coefficienten

Lineaire differentiaalvergelijkingen met constante coëfficienten

Lineaire Algebra voor W 2Y650

Tentamenopgaven over hfdst. 1 t/m 4

Hoofdstuk 1: Inleiding

Lineaire Afbeelding Stelsels differentiaalvergelijkingen. 6 juni 2006

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Algebra groep 2 & 3: Standaardtechnieken kwadratische functies

Functies van één veranderlijke

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Hoofdstuk 7: Stelsels eerste orde lineaire differentiaalvergelijkingen

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

ENKELE VOORBEELDEN UIT TE WERKEN MET ICT

Stelsels van lineaire DVen met constante coëfficiënten

n 2 + 2n + 4 3n 2 n + 4n n + 2n + 12 n=1

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

Differentiaalvergelijkingen voor WbMT. wi2051wbmt. Dr. Roelof Koekoek

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

VOORBLAD SCHRIFTELIJKE TOETSEN

Complexe eigenwaarden

1 Eigenwaarden en eigenvectoren

5 Lineaire differentiaalvergelijkingen

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Stelsels differentiaalvergelijkingen

Combinatoriek groep 2

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).

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

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Combinatoriek groep 1 & 2: Recursie

Hoofdstuk 6: De Laplace transformatie

Uitgewerkte oefeningen

Toegepaste wiskunde. voor het hoger beroepsonderwijs. Deel 2 Derde, herziene druk. Uitwerking herhalingsopgaven hoofdstuk 7.

Combinatoriek groep 1

1 WAAM - Differentiaalvergelijkingen

De Laplace-transformatie

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Uitwerkingen Tentamen Gewone Differentiaalvergelijkingen

c 0. 1, t c = 0, 0 t < π = 1, π t < 2π f(t) = = 1, 2π t < 3π = 0, t 3π.

De spannning bij een tussen twee punten belast koord

Notatie Voor een functie y = y(t) schrijven we. Definitie Een differentiaalvergelijking is een vergelijking van de vorm

Polynomen. + 5x + 5 \ 3 x 1 = S(x) 2x x. 3x x 3x 2 + 2

Toepassingen op differentievergelijkingen

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

168 HOOFDSTUK 5. REEKSONTWIKKELINGEN

Antwoorden. 1. Rekenen met complexe getallen

Bekijk nog een keer het stelsel van twee vergelijkingen met twee onbekenden x en y: { De tweede vergelijking van de eerste aftrekken geeft:

1E HUISWERKOPDRACHT CONTINUE WISKUNDE

Vandaag. Uur 1: Differentiaalvergelijkingen Uur 2: Modellen

Algebraïsche meetkunde. Jaap Top

Hoofdstuk 10: Partiële differentiaalvergelijkingen en Fourierreeksen

Overgangsverschijnselen

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Wiskundige Technieken 1 Uitwerkingen Hertentamen 23 december 2014

toelatingsexamen-geneeskunde.be Gebaseerd op nota s tijdens het examen, daarom worden niet altijd antwoordmogelijkheden vermeld.

Lineaire Algebra voor ST

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

dt dy dt b. Teken het lijnelementenveld voor de roosterpunten met 0 t 3 en 0 y 2.

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

Grafieken 1. a) de snijpunten met de x-as. b) het snijpunt met de y-as. c) de coördinaten van de top.

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Lineaire Algebra voor ST

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

Lineaire Algebra voor W 2Y650

Buiging van een belaste balk

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

18.I.2010 Wiskundige Analyse I, theorie (= 60% van de punten)

Types differentiaal vergelijkingen

Noordhoff Uitgevers bv

WI1708TH Analyse 2. College 5 24 november Challenge the future

Discrete Wiskunde, College 6. Han Hoogeveen, Utrecht University

Wiskundige Technieken

Hoofdstuk 1: Inleiding

Tentamen lineaire algebra 2 18 januari 2019, 10:00 13:00 Uitwerkingen (schets)

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

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

Een verband tussen x en y wordt gegeven door de volgende grafiek:

d τ (t) dt = 1 voor alle τ 0.

Wiskundige Technieken

Tentamen Inleiding Meten en Modelleren Vakcode 8C120 7 april 2010, uur. Het gebruik van een (grafische) rekenmachine is toegestaan.

DIFFERENTIAALVERGELIJKINGEN

Antwoordenboekje. Willem van Ravenstein

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Lineaire Algebra voor ST (2DS06) op , uur.

Combinatoriek groep 1

Examen G0O17D Wiskunde II (6sp) maandag 10 juni 2013, 8:30-12:30 uur

H. 8 Kwadratische vergelijking / kwadratische functie

Studiewijzer Calculus A voor T, 2DS05 duaal, cursus 2005/2006

WISKUNDE VOOR HET HOGER TECHNISCH ONDERWIJS. deel 1 LOTHAR PAPULA. 2e druk > ACADEMIC SERVICE

opgave 1. (2 pt) kies het juiste antwoord; motiveer kort je antwoord s b) de overdrachtsfunctie van een systeem is H( s) =

Lineaire Algebra voor ST

ax + 2 dx con- vergent? n ln(n) ln(ln(n)), n=3 (d) y(x) = e 1 2 x2 e 1 2 t2 +t dt + 2

TW2040: Complexe Functietheorie

Standaardfuncties. x c

TENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Oefeningentoets Differentiaalvergelijkingen, deel 1 dinsdag 6 november 2018 in lokaal 200M van 16:00 tot 18:00u

TRILLINGEN EN GOLVEN HANDOUT FOURIER

4051CALC1Y Calculus 1

Transcriptie:

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft Roelof Koekoek WbMT2048 Roelof Koekoek (TU Delft) Differentiaalvergelijkingen WbMT2048 1 / 1

Het vinden van een particuliere oplossing Voor een lineaire differentiaalvergelijking met constante (reële) coëfficiënten a 0 y (n) (t)+a 1 y (n 1) (t)+...+a n 1 y (t)+a n y(t) = g(t), a 0 0 (1) geldt, dat de algemene oplossing is te schrijven in de vorm y(t) = y p (t) + y h (t), (2) waarbij y h (t) de algemene oplossing van de gereduceerde (homogene) differentiaalvergelijking a 0 y (n) (t) + a 1 y (n 1) (t) +... + a n 1 y (t) + a n y(t) = 0 (3) is en y p (t) een zogenaamde particuliere oplossing van (??). Roelof Koekoek (TU Delft) Differentiaalvergelijkingen WbMT2048 2 / 1

Hoe vinden we zo n particuliere oplossing? Soms heeft de bekende term g(t) een gedaante waardoor we de vorm van een particuliere oplossing y p (t) kunnen voorspellen. Bijvoorbeeld, in het geval van e-machten, polynomen, de goniometrische functies cosinus en sinus en allerlei combinaties daarvan. Immers: afgeleiden van e-machten zijn weer e-machten, afgeleiden van polynomen zijn weer polynomen en de functies cosinus en sinus zijn (min of meer) elkaars afgeleiden. Als g(t) = e at voor zekere a R, dan kiest men in principe y p (t) = Ae at. Bijvoorbeeld: voor y (t) 3y (t) + 2y(t) = e 3t geldt, dat y h (t) = c 1 e t + c 2 e 2t en kunnen we y p (t) = Ae 3t proberen. Invullen geeft dan: (9 9 + 2)Ae 3t = e 3t oftewel A = 1 2. Dus: y p (t) = 1 2 e3t. Roelof Koekoek (TU Delft) Differentiaalvergelijkingen WbMT2048 3 / 1

Dit gaat echter mis als e at voorkomt in de algemene oplossing y h (t) van de bijbehorende homogene differentiaalvergelijking. Bijvoorbeeld: als y (t) 3y (t) + 2y(t) = e t, dan is y h (t) = c 1 e t + c 2 e 2t en heeft het geen zin om y p (t) = Ae t te proberen. Dit zal voor elke waarde van A R immers nul opleveren in het rechterlid en niet e t. Probeer dan: y p (t) = Ate t. Invullen geeft dan A(t + 2 3t 3 + 2t)e t = e t oftewel A = 1. Dus: y p (t) = te t. Roelof Koekoek (TU Delft) Differentiaalvergelijkingen WbMT2048 4 / 1

Als g(t) een combinatie van cos(at) en sin(at) voor zekere a R is, dan proberen we in principe y p (t) = A cos(at) + B sin(at). Bijvoorbeeld: voor y (t) 3y (t) + 2y(t) = cos(2t) geldt, dat y h (t) = c 1 e t + c 2 e 2t en kunnen we y p (t) = A cos(2t) + B sin(2t) proberen. Dan volgt: y p(t) = 2A sin(2t) + 2B cos(2t) en y p (t) = 4A cos(2t) 4B sin(2t). Invullen geeft dan: ( 4A 6B + 2A) cos(2t) + ( 4B + 6A + 2B) sin(2t) = cos(2t). Hieruit volgt dat 2A 6B = 1 en 6A 2B = 0 oftewel A = 1 B = 3 20. Dus: y p(t) = 1 20 cos(2t) 3 20 sin(2t). 20 en Roelof Koekoek (TU Delft) Differentiaalvergelijkingen WbMT2048 5 / 1

Dit gaat echter mis als cos(at) en/of sin(at) voorkomt in de algemene oplossing y h (t) van de bijbehorende homogene differentiaalvergelijking. Bijvoorbeeld: als y (t) + 4y(t) = sin(2t), dan is y h (t) = c 1 cos(2t) + c 2 sin(2t) en heeft het geen zin om y p (t) = A cos(2t) + B sin(2t) te proberen. Dit zal voor elke waarde van A, B R immers nul opleveren in het rechterlid en niet sin(2t). Probeer dan: y p (t) = At cos(2t) + Bt sin(2t). Dan volgt: en y p(t) = A( 2t sin(2t) + cos(2t)) + B(2t cos(2t) + sin(2t)) y p (t) = A( 4t cos(2t) 4 sin(2t)) + B( 4t sin(2t) + 4 cos(2t)). Invullen geeft dan 4A sin(2t) + 4B cos(2t) = sin(2t) = A = 1 4 en B = 0. Dus: y p (t) = 1 4 t cos(2t). Roelof Koekoek (TU Delft) Differentiaalvergelijkingen WbMT2048 6 / 1

Als g(t) een polynoom is, dan kiezen we in principe een polynoom (van dezelfde graad) als particuliere oplossing. Bijvoorbeeld: voor y (t) 3y (t) + 2y(t) = t 2 geldt, dat y h (t) = c 1 e t + c 2 e 2t en kunnen we y p (t) = At 2 + Bt + C proberen. Invullen geeft dan: 2A 3(2At + B) + 2(At 2 + Bt + C) = t 2 oftewel A = 1 2, B = 3 2 en C = 7 4. Dus: y p(t) = 1 2 t2 + 3 2 t + 7 4. Roelof Koekoek (TU Delft) Differentiaalvergelijkingen WbMT2048 7 / 1

Dit gaat echter mis als een deel van zo n polynoom voorkomt in de algemene oplossing y h (t) van de bijbehorende homogene differentiaalvergelijking. Bijvoorbeeld: als y (t) 3y (t) = t 2, dan is y h (t) = c 1 + c 2 e 3t. De constante c 1 is een polynoom van de graad nul. Als de bekende term g(t) een constante zou zijn, dan heeft het geen zin zin om een constante als particuliere oplossing te proberen. We zouden dan een factor t moeten toevoegen en dus een polynoom van de graad één moeten proberen. In dit geval (g(t) = t 2 ) kiezen we daarom y p (t) = At 3 + Bt 2 + Ct, een polynoom van de graad drie. Merk op, dat we de eventuele constante D achterwege kunnen laten omdat deze al in y h (t) voorkomt. Invullen geeft nu 6At + 2B 3(3At 2 + 2Bt + C) = t 2 oftewel A = 1 9, B = 1 9 en C = 2 27. Dus: y p(t) = 1 9 t3 1 9 t2 2 27 t. Roelof Koekoek (TU Delft) Differentiaalvergelijkingen WbMT2048 8 / 1

Merk op dat in de differentiaalvergelijking. y (t) 3y (t) = t 2 geen term met y(t) voorkomt. Een particuliere oplossing y p (t) die voor y(t) wordt ingevuld, moet dus sowieso eerst gedifferentiëerd worden. Zo ziet men ook dat een tweedegraads polynoom niet kan voldoen, maar dat we een derdegraads polynoom nodig hebben: y p (t) = At 3 + Bt 2 + Ct. Voorbeeld: als y (t) = t 2, dan heeft men een vierdegraads polynoom nodig: y p (t) = At 4 + Bt 3 + Ct 2 + Dt + E, maar aangezien r = 0 een dubbel nulpunt is van de karakteristieke vergelijking r 2 = 0 is y h (t) = c 1 + c 2 t. Men kan daarom volstaan met y p (t) = At 4 + Bt 3 + Ct 2. Invullen leidt dan tot: A = 1 12 en B = C = 0. Dus: y p(t) = 1 12 t4. Roelof Koekoek (TU Delft) Differentiaalvergelijkingen WbMT2048 9 / 1