[wiskunde] Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Berichten: 411

Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Suggereer een particuliere oplossing voor volgende lineaire DV:

(a)
\(y^{(4)} + y''' + y'' + y' = (1-x)e^{-x} + sin(-x)\)
(b)
\(y^{(10)} = x^4\)
---------------------------------------------------------------------------

(a) Eerst bepaal ik de complementaire oplossing via de karakteristieke vergelijking:
\(\lambda^4 + \lambda^3 + \lambda^2 + \lambda = 0\)
Deze heeft (volgens mij) als oplossingen:
\(\lambda_1 = 0, \lambda_2 = -1, \lambda_3 = +i, \lambda_4 = -i\)
De complementaire oplossing wordt dus gegeven door:
\(y_c(x) = C_1 + C_2e^{-x} + C_3cos(x) + C_4sin(x)\)
Aanvankelijk zou ik volgende particuliere suggereren:
\(y_p(x) = (Ax + B)e^{-x} + Asin(-x) + Bcos(-x)\)
, maar aangezien
\(C_2e^{-x}\)
al een oplossing is van mijn complementaire, moet ik hiermee rekening houden en daarom het eerste deel van mijn particuliere vermenigvuldigen met x.

Mijn particuliere wordt dus:
\(y_p(x) = x(Ax + B)e^{-x} + Asin(-x) + Bcos(-x)\)
----------------------------

(b) Eerst bepaal ik weer mijn complementaire via de karakteristieke vergelijking:
\(\lambda^{10} = 0\)
, waaruit mijn complementaire volgt:
\(y_c(x) = C_1 + xC_2 + x^2C_3 + . . . + x^9C_{10}\)
De particuliere die ik aanvankelijk zou suggereren is:
\(y_p(x) = Ax^4 + Bx^3 + Cx^2 + Dx + E\)
, maar rekening houdend met mijn complementaire moet ik nog vermenigvuldigen met
\(x^1^0\)
, dus wordt mijn particuliere:
\(y_p(x) = x^{10}(Ax^4 + Bx^3 + Cx^2 + Dx + E)\)
Zou dit alles correct kunnen zijn of schort er ergens wat aan?

Bedankt alvast!

Gebruikersavatar
Berichten: 2.455

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

je kan ze altijd eens invullen
This is weird as hell. I approve.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

b) hoe zou je y''=x² aanpakken?

Berichten: 411

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Safe schreef: za 12 mei 2012, 12:27
b) hoe zou je y''=x² aanpakken?
Eerst de complementaire berekenen via de karakteristieke:
\(\lambda^2 = 0\)
. Deze vergelijking heeft dus een dubbel nulpunt
\(\lambda = 0\)
. Bijgevolg is de complementaire oplossing:
\(y_c(x) = C_1 + x C_2\)
.

Mijn rechterlid is van de tweede graad, dus stel ik volgende particuliere voor:
\(y_p(x) = Ax^2 + Bx + C\)
, maar rekening houdend met mijn complementaire oplossing, moet ik hier nog vermenigvuldigen met x^2, dus wordt mijn particuliere:
\(y_p(x) = x^2(Ax^2 + Bx + C)\)
Correct? :-)

Note: Ik merk dat ik in mijn eerste post oefening b 'x' en 't' wat door elkaar gehaald heb. Dat was niet de bedoeling. Overal waar er een 't' staat moet dus eigenlijk een 'x' staan.

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Uomo Universale schreef: za 12 mei 2012, 14:26
Note: Ik merk dat ik in mijn eerste post oefening b 'x' en 't' wat door elkaar gehaald heb. Dat was niet de bedoeling. Overal waar er een 't' staat moet dus eigenlijk een 'x' staan.
Ik heb dat even voor je aangepast :) . Nog een kleine tip, een blik werpend op je LaTeX-code: wil je meer dan 1 letter/cijfer/symbool in sub- of superscript zetten, kun je accolades gebruiken. Voorbeeld: x^{10 a} geeft in LaTeX
\(x^{10 a}\)
.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Uomo Universale schreef: za 12 mei 2012, 14:26
.Bijgevolg is de complementaire oplossing:
\(y_c(x) = C_1 + x C_2\)
.

Mijn rechterlid is van de tweede graad, dus stel ik volgende particuliere voor:
\(y_p(x) = Ax^2 + Bx + C\)
,
Hoe bereken je nu A, B en C, tenslotte zijn er (maar) twee integratieconstanten.

Berichten: 411

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Drieske schreef: za 12 mei 2012, 14:28
Ik heb dat even voor je aangepast :) . Nog een kleine tip, een blik werpend op je LaTeX-code: wil je meer dan 1 letter/cijfer/symbool in sub- of superscript zetten, kun je accolades gebruiken. Voorbeeld: x^{10 a} geeft in LaTeX
\(x^{10 a}\)
.
Oké, bedankt!
Safe schreef: za 12 mei 2012, 15:07
Hoe bereken je nu A, B en C, tenslotte zijn er (maar) twee integratieconstanten.
Ik leid deze 'suggestie' af en substitueer hem in de differentiaalvergelijking. Daarna stel ik linker- en rechterlid gelijk om zo de constanten A, B en C te bepalen. Aangezien er maar twee integratieconstanten zijn, veronderstel ik dat hier uit zal blijken dat één van de onbepaalde coëfficiënten (A, B of C) gelijk is aan 0.

Uitwerken werd echter niet gevraagd in deze oefening, vandaar dat ik dat dan ook niet deed. Een suggestie was genoeg..

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Maar ik vraag je nu naar A, B en C, dit hoeft geen tijd te kosten (behalve intoetsen).

Berichten: 411

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Zo op het zicht zou ik denken A = 1/12, B = 0 en C = 0...

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Kan je ook aangeven wat je doet/denkt?

Berichten: 411

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Ik weet dat, als ik mijn particuliere twee keer zou afleiden, dat ik dan mijn rechterlid moet uitkomen. Als ik mijn particuliere twee keer afleid, bekom ik één term x², één term x en een constante. Aangezien mijn rechterlid enkel bestaat uit een x²-term, moeten de coëfficiënten bij mijn eerste- en nuldegraadsterm 0 zijn. En moet de coëfficiënt bij mijn x²-term leiden tot x². Na twee keer afleiden bekom ik als x²-term
\(12Ax^2\)
en aangezien in mijn rechterlid de coëfficiënt bij mijn x²-term 1 is, moet 12A dus ook gelijk zijn aan 1, waaruit volgt dat A gelijk is aan 1/12.

Vanwaar de vragen trouwens? Heb ik in een eerdere post iets fout gedaan of vraag je je gewoon af of ik wel snap wat ik doe (wat ik zeer goed vind!)?

Berichten: 7.068

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Uomo Universale schreef: za 12 mei 2012, 11:33
Suggereer een particuliere oplossing voor volgende lineaire DV:

(a)
\(y^{(4)} + y''' + y'' + y' = (1-x)e^{-x} + sin(-x)\)
(b)
\(y^{(10)} = x^4\)
De methode via een complementaire oplossing is mij niet bekend. Bij b vraag ik me ook af of het nodig is. Er wordt gevraagd om een functie die na 10x differentieren gelijk is aan \(x^4\). Begin dus eens met 1x integreren. Je krijgt dan iets van de vorm:
\(y^{(9)} = \cdots\)
Bedenk dat er staat een particuliere oplossing. Je mag dus gewoon alle integratieconstanten gelijk stellen aan nul (maar dat is niet echt nodig).

Ik denk dat je na 1 integratiestap wel ziet wat het antwoord moet zijn. Zo niet, integreer dan nog eens.

Berichten: 411

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

EvilBro schreef: zo 13 mei 2012, 11:24
De methode via een complementaire oplossing is mij niet bekend. Bij b vraag ik me ook af of het nodig is. Er wordt gevraagd om een functie die na 10x differentieren gelijk is aan \(x^4\). Begin dus eens met 1x integreren. Je krijgt dan iets van de vorm:
\(y^{(9)} = \cdots\)
Bedenk dat er staat een particuliere oplossing. Je mag dus gewoon alle integratieconstanten gelijk stellen aan nul (maar dat is niet echt nodig).

Ik denk dat je na 1 integratiestap wel ziet wat het antwoord moet zijn. Zo niet, integreer dan nog eens.
Ik bepaal eerst mijn complementaire om zo te kijken of de particuliere die ik aanvankelijk vooropstel niet zou 'opgeslorpt' worden door oplossingen van mijn compelementaire.

Wederom vraag ik me af of ik hier iets fout gedaan heb? En zo ja, waar dan precies?

Als ik jullie tips in acht neem, blijf ik bij mijn oorspronkelijke antwoord..

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Uomo Universale schreef: za 12 mei 2012, 22:19
Na twee keer afleiden bekom ik als x²-term
\(12Ax^2\)
en aangezien in mijn rechterlid de coëfficiënt bij mijn x²-term 1 is, moet 12A dus ook gelijk zijn aan 1, waaruit volgt dat A gelijk is aan 1/12.


Als ik Ax² twee keer naar x differentieer krijg ik 2A en geen 12 A ...

Berichten: 411

Re: Particuliere oplossing van een differentiaalvergelijking suggereren

Safe schreef: zo 13 mei 2012, 18:37
Als ik Ax² twee keer naar x differentieer krijg ik 2A en geen 12 A ...
Het is dan ook niet Ax² dat ik afleid, maar wel Ax^4. Dit is wat ik voorop stelde (zie post #4):
\(y_p(x) = x^2(Ax^2 + Bx + C)\)
\(y_p'(x) = 4Ax^3 + 3Bx^2 + 2Cx\)
\(y_p''(x) = 12Ax^2 + 6Bx + 2C\)
Als ik dit nu gelijkstel aan mijn het rechterlid (x²), dan moet volgens mij daar uit volgen dat B = C = 0 en A = 1/12.

Ik zie nog altijd niet goed wat mijn fout is of wat je me probeert duidelijk te maken..

Reageer