Zobrazit upozornění pro mobilní zařízení Zobrazit všechny poznámky Skrýt všechny poznámky

Upozornění pro mobilní zařízení
Zdá se, že používáte zařízení s „úzkou“ šířkou obrazovky (tj. pravděpodobně máte mobilní telefon). Vzhledem k povaze matematiky na tomto webu je nejlepší zobrazení v režimu na šířku. Pokud vaše zařízení není v režimu na šířku, mnoho rovnic bude vybíhat z boku zařízení (mělo by být možné je posouvat, abyste je viděli) a některé položky nabídky budou kvůli úzké šířce obrazovky odříznuté.

Rodíl 6-4 : Eulerovy rovnice

V tomto oddíle chceme hledat řešení

\

v okolí \({x_0} = 0\). Tyto typy diferenciálních rovnic se nazývají Eulerovy rovnice.

Připomeňme si z předchozího oddílu, že bod je obyčejným bodem, jestliže kvocienty,

\

Je však možné získat řešení této diferenciální rovnice, která nejsou řadovými řešeními. Začněme tím, že předpokládáme, že \(x>0\) (důvod bude zřejmý, až zpracujeme první příklad) a že všechna řešení mají tvar,

\

Nyní to dosadíme do diferenciální rovnice a dostaneme,

\

Nyní jsme předpokládali, že \(x>0\), a tak bude tato hodnota nulová pouze tehdy, když,

\

Reálné, výrazné kořeny

V tomto případě toho opravdu není moc co řešit. Dostaneme dvě řešení, která budou tvořit základní množinu řešení (ověření necháme na vás), a tak naše obecné řešení bude,

\

S řešením tohoto příkladu nyní vidíme, proč jsme požadovali \(x>0\). Druhý člen by měl dělení nulou, kdybychom povolili \(x=0\), a první člen by nám dal odmocniny ze záporných čísel, kdybychom povolili \(x<0\).

Dvojité kořeny

Tento případ povede ke stejnému problému, který jsme měli pokaždé, když jsme narazili na dvojité kořeny (nebo dvojitá vlastní čísla). Dostaneme pouze jedno řešení a budeme potřebovat druhé řešení. V tomto případě lze ukázat, že druhé řešení bude,

\

a tak obecné řešení v tomto případě je,

\

Znovu vidíme důvod pro požadavek \(x>0\). Kdybychom to neudělali, měli bychom s tímto logaritmem různé problémy.

Komplexní kořeny

V tomto případě budeme předpokládat, že naše kořeny jsou ve tvaru,

\

Pokud vezmeme první kořen, dostaneme následující řešení.

\

To je problém, protože nechceme komplexní řešení, chceme pouze reálné řešení. Můžeme to odstranit tak, že si připomeneme, že,

\

Připojením kořene do tohoto dostaneme,

\

Všimněte si, že jsme museli použít i Eulerův vzorec, abychom se dostali k poslednímu kroku. Nyní, stejně jako pokaždé, když jsme se s takovým řešením setkali, můžeme vzít reálnou a imaginární část a použít je pro naše dvě řešení.

V případě komplexních kořenů bude tedy obecné řešení,

\

Znovu vidíme, proč jsme museli požadovat \(x > 0\).

Měli bychom nyní mluvit o tom, jak se vypořádat s \(x < 0\), protože to je příležitostně možné. Abychom se s tím vypořádali, musíme použít transformaci proměnné,

\

V tomto případě, protože \(x < 0\), dostaneme \(\eta > 0\). Nyní definujeme,

\

Poté pomocí řetězového pravidla vidíme, že,

\

Pomocí této transformace se diferenciální rovnice stane,

\

Jinými slovy, protože \(\eta>0\), můžeme použít výše uvedenou práci k získání řešení této diferenciální rovnice. Pomocí obrácené transformace proměnných se také vrátíme zpět k \(x\)’s.

\

Vezměme nejprve jen reálný, odlišný případ, abychom viděli, co se stane.

\

Nyní bychom to mohli udělat i pro ostatní případy, kdybychom chtěli, ale než to uděláme, všimněme si, že když si vzpomeneme na definici absolutní hodnoty,

\

můžeme obě naše řešení tohoto případu spojit do jednoho a zapsat řešení jako,

\

Podobně můžeme postupovat i pro další dva případy a následující řešení pro libovolný interval neobsahující \(x = 0\).

\

Před zpracováním ještě jednoho příkladu můžeme provést ještě jedno zobecnění. Obecnější tvar Eulerovy rovnice je,

\

a můžeme se ptát na řešení v libovolném intervalu, který neobsahuje \(x = {x_0}\). Práce na generování řešení v tomto případě je totožná se všemi výše uvedenými pracemi, a proto ji zde neuvádíme.

Řešení v tomto obecném případě pro libovolný interval neobsahující \(x = a\) jsou,

\

Kde kořeny jsou řešeními

\

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.