Stelsels van lineaire DVen met constante coëfficiënten

Vergelijkbare documenten
Lineaire Algebra voor W 2Y650

Lineaire Algebra voor W 2Y650

Lineaire Algebra voor W 2Y650

Stelsels differentiaalvergelijkingen

1 Eigenwaarden en eigenvectoren

Lineaire Algebra voor ST

Hoofdstuk 3: Tweede orde lineaire differentiaalvergelijkingen

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

Hoofdstuk 1: Inleiding

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Afbeelding Stelsels differentiaalvergelijkingen. 6 juni 2006

Uitwerkingen Tentamen Gewone Differentiaalvergelijkingen

Hoofdstuk 7: Stelsels eerste orde lineaire differentiaalvergelijkingen

Complexe eigenwaarden

d τ (t) dt = 1 voor alle τ 0.

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

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 1A. maandag 16 december 2002, b. Bepaal een basis voor de rijruimte en voor de kolomruimte van A.

Lineaire Algebra voor ST

Het vinden van een particuliere oplossing

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Eigenwaarden en eigenvectoren in R n

Tentamen lineaire algebra voor BWI maandag 15 december 2008, uur.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Eigenwaarden en Diagonaliseerbaarheid

Lineaire differentiaalvergelijkingen met constante coëfficienten

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

Toepassingen op differentievergelijkingen

Geadjungeerde en normaliteit

Lineaire dv van orde 2 met constante coefficienten

ONBETWIST ONderwijs verbeteren met WISkunde Toetsen Voorbeeldtoetsen Lineaire Algebra Deliverable 3.10 Henk van der Kooij ONBETWIST Deliverable 3.

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

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).

Differentiaalvergelijkingen voor WbMT. wi2051wbmt. Dr. Roelof Koekoek

Jordan normaalvorm. Hoofdstuk 7

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Eigenwaarden en eigenvectoren

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

Uitwerking opgaven 17 december. Spoilers!!

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

1 Stelsels lineaire vergelijkingen.

Tentamen Lineaire Algebra 1 (Wiskundigen)

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire algebra I (wiskundigen)

Tentamen lineaire algebra voor BWI dinsdag 17 februari 2009, uur.

Combinatoriek groep 2

Uitwerkingen tentamen lineaire algebra 2 13 januari 2017, 10:00 13:00

Aanvullingen bij Hoofdstuk 8

Unitaire en Hermitese transformaties

Oefensommen tentamen Lineaire algebra 2 - december A =

Uitwerkingen tentamen Lineaire Algebra 2 16 januari, en B =

UITWERKINGEN 1 2 C : 2 =

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Tentamenopgaven over hfdst. 1 t/m 4

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Lineaire Algebra voor ST

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 2 dinsdag 3 april 2007,

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

Tentamen Lineaire Algebra B

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

Definities, stellingen en methoden uit David Poole s Linear Algebra A Modern Introduction - Second Edtion benodigd voor het tentamen Matrix Algebra 2

Lineaire Algebra (2DD12) Laatste nieuws in 2012

Tentamen Lineaire Algebra UITWERKINGEN

Types differentiaal vergelijkingen

Hoofdstuk 1: Inleiding

EXAMEN LINEAIRE ALGEBRA EN ANALYTISCHE MEETKUNDE I. 1. Theorie

Lineaire Algebra Een Samenvatting

Uitwerkingen tentamen Lineaire Algebra 2 16 januari, en B =

Geef niet alleen antwoorden, maar bewijs al je beweringen.

Combinatoriek groep 1

Uitwerking Proeftentamen Lineaire Algebra 1, najaar y y = 2x. P x. L(P ) y = x. 2/3 1/3 en L wordt t.o.v de standaardbasis gegeven door

Infi A tentamen 8 nov :30 16:30

Wiskunde: Voortgezette Analyse

Technische Universiteit Delft Uitwerking Tentamen Analyse 3, WI 2601 Maandag 11 januari 2010,

De Laplace-transformatie

Hoofdstuk 10: Partiële differentiaalvergelijkingen en Fourierreeksen

Overzicht. Eigenwaarden. Beurzen en afhankelijkheid. Eigenwaarden: Intro

6. Lineaire operatoren

Antwoorden. 1. Rekenen met complexe getallen

Eindtermen Lineaire Algebra voor E vor VKO (2DE01)

Studiehandleiding Wiskunde 1B Voor Bachelor Opleiding Scheikunde Dr. W. van der Kallen

Hertentamen WISN102 Wiskundige Technieken 2 Di 17 april 13:30 16:30

WI1708TH Analyse 2. College 5 24 november Challenge the future

Definitie: Een functie f heeft een absoluut maximum f(x 0 ) in het punt. x 1 Domein(f) als voor alle x Domein(f) geldt:

college 6: limieten en l Hôpital

Hilbertruimten. Een Inleiding tot. voor Fysici. (bij de cursus Wiskundige Technieken 3 (WISN203)) J. Stienstra. door

Gelijkvormigheid en de Jordan normaalvorm Aanvullende leerstof Lineaire Algebra C (2WF09)

Inhoud college 5 Basiswiskunde Taylorpolynomen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Hertentamen Wiskundige Technieken 1 Donderdag 4 jan 2018, 9-12 uur

Lineaire Algebra 2. Faculteit Wiskunde en Informatica Technische Universiteit Eindhoven

3. Bepaal de convergentie-eigenschappen (absoluut convergent, voorwaardelijk convergent, divergent) van de volgende reeksen: n=1. ( 1) n (n + 1)x 2n.

Combinatoriek groep 1 & 2: Recursie

Hoofdstuk 9. Vectorruimten. 9.1 Scalairen

Toepassingen op discrete dynamische systemen

AANVULLINGEN WISKUNDE MET (BEDRIJFS)ECONOMISCHE TOEPASSINGEN: OEFENINGEN

Samenvatting Lineaire Algebra, periode 4

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Matrices en Stelsel Lineaire Vergelijkingen

Oefenopgaven wi3097: Numerieke methoden voor differentiaalvergelijkingen

Wiskundige Technieken 1 Uitwerkingen Hertentamen 23 december 2014

Transcriptie:

Zij K = R of C, n N, A R n n. Zoek differentieerbare functies y : R K n zodanig dat ẏ(t) = Ay(t), t R. Opmerking: De oplossingen vormen een lineaire deelruimte (ga na!). Deze heeft dimensie n. De algemene oplossing is dus te schrijven als y(t) = c k y k (t), waarbij {y 1,..., y n } een lineair onafhankelijk stelsel van oplossingen is. 1/17

Veronderstel nu A diagonaliseerbaar, en zij {v 1,..., v n } een basis voor K n bestaand uit eigenvectoren van A, i.e. Av k = λ k v k, k = 1,..., n, oftewel A v 1... v n = v 1... v n λ 1..., } {{ } V } {{ } V λ n } {{ } D i.e. A = V DV 1, en met z(t) = V 1 y(t) i.e. ż k = λ k z k, dus z k = c k e λ kt, en ż = V 1 ẏ = V 1 V DV 1 y = Dz, y(t) = V z(t) = c k v k e λ kt }{{} modes (algemene oplossing). 2/17

Complexe eigenwaarden: Zij λ k / R een complexe eigenwaarde van A met eigenvector v k. (Dan v k / R n!) Dan is ook λ k λ k eigenwaarde van A met eigenvector v k. (Ga na!) Dus v k e λ kt en v k e λ k t = v k e λ kt zijn twee lin. onafhankelijke basisvectoren voor de oplossingsruimte. In plaats daarvan kunnen we ook kiezen voor de reële basisvectoren 1 2 (v ke λkt + v k e λkt ) = Re(v k e λkt ), 1 2i (v ke λkt v k e λkt ) = Im(v k e λkt ). 3/17

Beginwaardeproblemen: Zij verder y 0 R n, t 0 R gegeven. Zoek een functie y : R R n zodanig dat ẏ = Ay, y(t 0 ) = y 0. Oplossing: Bepaal de vrije constantes c k in de algemene oplossing zodanig dat c k y k (t 0 ) = y 0. 4/17

Inhomogene stelsels: Verder I R interval, f : I R n continu. Zoek functies y : I R n zodanig dat ẏ(t) = Ay(t) + f(t), t I. (I) Stelling: Zij y p : I R n een (zgn. particuliere) oplossing voor (I) en y h de algemene oplossing van het homogene stelsel ẏ h = Ay h. Dan is y(t) = y p (t) + y h (t), t I, (Ga na!) de algemene oplossing van het inhomogene stelsel (I). 5/17

Vinden van een particuliere oplossing: Variatie van parameters : Zij {y 1,..., y n } een basis voor de oplossingsruimte van het homogene stelsel. Ansatz: c 1 (t) y p (t) = c k (t)y k (t) = y 1 (t)... y n (t). met c 1 (t),... c n (t) : I R te bepalen. } {{ } Y (t) } c n (t) {{ } c(t) 6/17

Ansatz: y p (t) = c k (t)y k (t). 7/17

Ansatz: y p (t) = c k (t)y k (t). Dan: ẏ P (t) = ċ k (t)y k (t) + c k (t)ẏ k (t) 8/17

Ansatz: y p (t) = c k (t)y k (t). Dan: ẏ P (t) = = ċ k (t)y k (t) + c k (t)ẏ k (t) ċ k (t)y k (t) + A c k (t)y k (t) } {{ } y p(t) 9/17

Ansatz: y p (t) = c k (t)y k (t). Dan: ẏ P (t) = = ċ k (t)y k (t) + c k (t)ẏ k (t) ċ k (t)y k (t) + A c k (t)y k (t) } {{ } y p(t) ċ k (t)y k (t) = Y (t)ċ(t) = f(t) 10/17

Ansatz: y p (t) = c k (t)y k (t). Dan: ẏ P (t) = = ċ k (t)y k (t) + c k (t)ẏ k (t) ċ k (t)y k (t) + A c k (t)y k (t) } {{ } y p(t) ċ k (t)y k (t) = Y (t)ċ(t) = f(t) ċ(t) = Y (t) 1 f(t) 11/17

Ansatz: y p (t) = c k (t)y k (t). Dan: ẏ P (t) = = ċ k (t)y k (t) + c k (t)ẏ k (t) ċ k (t)y k (t) + A c k (t)y k (t) } {{ } y p(t) ċ k (t)y k (t) = Y (t)ċ(t) = f(t) ċ(t) = Y (t) 1 f(t) c(t) = Y (τ) 1 f(τ) dτ + d, d R n. (vectorwaardig integraal) 12/17

DVen en stelsels van hogere orde Enkele vergelijking: Truc: eerste orde stelsel: ẏ = ẏ 1 ẏ 2. ẏ n = u (n) + a n 1 u (n 1) +... + a 1 u + a 0 u = f y 1 := u, y 2 := u,... y n := u (n 1). 0 1... 0 1 } a 0 a 1... a n 2 {{ a n 1 } A y + 0. 0 f 13/17

DVen en stelsels van hogere orde Enkele vergelijking: Truc: eerste orde stelsel: ẏ = ẏ 1 ẏ 2. ẏ n = u (n) + a n 1 u (n 1) +... + a 1 u + a 0 u = f y 1 := u, y 2 := u,... y n := u (n 1). 0 1 Merk op: A heeft karakteristiek polynoom... 0 1 } a 0 a 1... a n 2 {{ a n 1 } A y + P (λ) := λi A = λ n + a n 1 λ n 1 +... + a 1 λ + a 0. 0. 0 f 14/17

DVen en stelsels van hogere orde Algemene oplossing voor de homogene vergelijking: Als P n verschillende nulpunten λ k C heeft dan u h (t) = c k e λkt. (De eigenvectoren van A hoeven hiervoor niet berekend te worden. P is rechtstreeks af te lezen uit de vergelijking!) 15/17

DVen en stelsels van hogere orde Algemene oplossing voor de homogene vergelijking: Als P n verschillende nulpunten λ k C heeft dan u h (t) = c k e λkt. (De eigenvectoren van A hoeven hiervoor niet berekend te worden. P is rechtstreeks af te lezen uit de vergelijking!) Particuliere oplossing voor de inhomogene vergelijking: via variatie van parameters of via ansatzmethodes als in geval van orde 2 16/17

DVen en stelsels van hogere orde Algemene oplossing voor de homogene vergelijking: Als P n verschillende nulpunten λ k C heeft dan u h (t) = c k e λkt. (De eigenvectoren van A hoeven hiervoor niet berekend te worden. P is rechtstreeks af te lezen uit de vergelijking!) Particuliere oplossing voor de inhomogene vergelijking: via variatie van parameters of via ansatzmethodes als in geval van orde 2 De methode van herschrijven als eerste orde stelsel werkt ook voor stelsels van DVen van hogere orde. 17/17