Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

Moderators: dirkwb, Xilvo

Forumregels
(Middelbare) school-achtige vragen naar het forum "Huiswerk en Practica" a.u.b.
Zie eerst de Huiswerkbijsluiter
Berichten: 2.589

Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

Bij het oplossen van differentiaal vergelijking stoot ik op het begrip homogene differentiaal vergelijkingen op te lossen mbv een substitutie.

In mijn leerboek hebben ze één type namelijk:
\( y'=f(\frac{y}{x})\)
die zou ik moeten oplossen met substitutie
\(u=\frac{y}{x}\)


In een ander leerboek hebben ze 2 types, het bovenstaande en
\(y'=f(ax+by+c)\)
op te lossen met
\(u=ax+by+c\)
.

Nu is mijn vraag bestaan er maar twee types en moet je die dan altijd oplossen met bovengenoemde substituties of zijn er nog andere, en vooral hoe vindt ik dan die substitutie?

Groeten. Dank bij voorbaat.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

Er zijn er 'oneindig veel', je kan niet alle DV onderbrengen in een vast aantal gevallen waar dan telkens een goede substitutie voor staat. Net zoals er functies zijn die 'geen primitieve' hebben (geschreven mbv elementaire functies) zijn er ook dv'en die je niet 'expliciet' kan integreren. Je kan natuurlijk altijd een reeksontwikkeling e.d. proberen.

Dus net zoals primitiveren is het oplossen van dv'en (het "integreren" ervan) 'niet-deterministisch', er bestaat geen vaste regels om elk probleem op een eenduidige manier steeds op te lossen, iets dat met bijvoorbeeld afleiden in het algemeen wel kan.

Neem alles tussen aanhalingstekens niet volledig letterlijk, het ligt natuurlijk soms wat subtieler maar ik probeer hier iets algemeen duidelijk te maken, in grote lijnen :roll:

Berichten: 2.589

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

ik stelde eigenlijk deze vraag omdat ik volgende heb:

Afbeelding

ik krijg dit hier ook onmogelijk in gesubtitueerd omdat er staat
\(2xy\)
stel
\(z=xy\)
vul dit in da krijgen we volgens mij aan de rechterkant
\(2\frac{z}{y}*\frac{z}{x}\)
klopt niet?

Dan heb ik bv volgende oefening
\((y^2-x^2)dx+xydy=0\)
Hoe moet ik hier een substitutie voor vinden? ik zie niet goed hoe ik bovengenoemde substitutie moet toepassen.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

Deel alles door x², zodat alles in de vorm y/x komt:
\(\left( {x^2 - y^2 } \right)dy = 2xydx \to \left( {1 - \left( {\frac{y}{x}} \right)^2 } \right)dy = 2\frac{y}{x}dx\)
Nu is y/x = z en dy = xdz+zdx volgens de kettingregel zodat:
\(\left( {1 - z^2 } \right)\left( {xdz + zdx} \right) = 2zdx\)
Precies wat je zocht.

Berichten: 2.589

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

ja nu zie ik het en zo moet ik dan die andere ook kunnen oplossen?

Het komt er dus op neer die vormen door bewerkingen uit te voeren af te dwingen.
\((y^2-x^2)dx + xydy=0 wordt dus (y^2-x^2)dx=-xydy\)
\(\frac{y^2-x^2}{x^2}dx=\frac{-xy}{x^2}dy\)
wordt dus:
\(((\frac{y}{x})^2-1)dx=\frac{-y}{x}dy\)
Ik heb hem waarschijnelijk ik kan tweemaal u invullen en de afgeleide van u dat is die
\(dy\)
Groeten Bedankt.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

Ik heb hem waarschijnelijk ik kan tweemaal u invullen en de afgeleide van u dat is die
\(dy\)
u = y/x dus y = xu dus dy = d(xu) = udx+xdu, zoals daarnet xdz+zdx.

Berichten: 2.589

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

heb hem proberen uit te werken maar ik kom iets uit met meerdere differentialen hoe los je dat op in het algemeen?

We hebben:
\((y^2-x^2)dx=-xydy\)
Dus volgt:
\(\frac{y^2-x^2}{x^2}dx=\frac{-xy}{x^2}dy\)
\(((\frac{y}{x})^2-1)dx=\frac{-y}{x}dy\)
We stellen
\(z=\frac{y}{x}\)
Daarom volgt
\((z^2-1)dx=-zdy\)
volgt
\( z^2dx-dx =-zdz-z^2dx\)
dit kan je waarschijnelijk niet zomaar integreren door scheiding van variabelen.

Groeten.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

Daarom volgt
\((z^2-1)dx=-zdy\)
Nee, na de substitutie mag er geen y of dy meer voorkomen!

Zoals ik al zei volgt uit y = xz dat dy = d(xz) = xdz+zdx.

Berichten: 2.589

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

wat zijn in dit geval hier dan x en z hoe moet ik maw tot iets komen wat ik door scheiding kan oplossen?

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

Dus, eerst x² wegdelen:
\(\left( {y^2 - x^2 } \right)dx = - xydy \to \left( {\left( {\frac{y}{x}} \right)^2 - 1} \right)dx = - \frac{y}{x}dy\)
De substitutie: y = zx => dy = xdz+zdx:
\(\left( {z^2 - 1} \right)dx = - z\left( {xdz + zdx} \right) \Leftrightarrow z^2 dx - dx = - xzdz - z^2 dx\)
Volgens mij kan je dan scheiden in veranderlijken:
\(\left( {2z^2 - 1} \right)dx = - xzdz \Leftrightarrow \frac{{dx}}{x} = \frac{{ - z}}{{2z^2 - 1}}dz\)

Berichten: 2.589

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

ik heb ze nog even verder opgelost:
\(\frac{{dx}}{x} = \frac{{ - z}}{{2z^2 - 1}}dz\)
integreren van beide zijden:
\( \ln(x)=-\frac{1}{4}\ln(-2z^2+1)\)
terug substitueren
\(\ln(x)=-\frac{1}{4}\ln((\frac{y}{x})^2+1)\)
wordt:
\(\ln(x)+\frac{1}{4}\ln((\frac{y}{x})^2+1)=c\)
\(\ln\)
krijg ik gemakkelijk weg en de
\( \frac{1}{4}\)
verdwijnt in de exponent dan krijg ik
\(x(-2\frac{y^2}{x^2}+1)^{\frac{1}{4}}=c\)
hier zit ik vast in mijn boek staat iets anders plus ik weet dat ik op één of ander manier de x waarden nul terug moet invoeren. Maar hoe?

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

Waarom keert het teken om binnen de ln van he rechterlid?
\(\ln x = - \frac{1}{4}\ln \left( {2z^2 - 1} \right) + c = - \frac{1}{4}\ln \left( {2\frac{{y^2 }}{{x^2 }} - 1} \right) + c \Leftrightarrow x = \exp \left( {\ln \left( {\left( {2\frac{{y^2 }}{{x^2 }} - 1} \right)^{ - 1/4} } \right) + c} \right)\)
\(x = c\left( {2\frac{{y^2 }}{{x^2 }} - 1} \right)^{ - 1/4} \Leftrightarrow x^4 = c\left( {2\frac{{y^2 }}{{x^2 }} - 1} \right)^{ - 1} \Leftrightarrow \left( {2\frac{{y^2 }}{{x^2 }} - 1} \right)x^4 = c \Leftrightarrow 2x^2 y^2 - x^4 = c\)

Berichten: 2.589

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

ik begrijp het hoe je het uitwerkt. maar kan ik het dan niet op mijn manier bekomen.

vereenvoudigt staat er
\(\ln a=-\frac{1}{4}\ln b + c\)
dus als ik het rechterlid naar links breng dan krijg ik toch
\(\ln a+\frac{1}{4} \ln b=c\)
daarom wordt die - een + dan wordt het toch
\(\ln (a(b^{\frac{1}{4}}))\)
wat is er mis?

Groeten.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

Ik had het over
\( \ln(x)=-\frac{1}{4}\ln(-2z^2+1)\)
Waarom zijn de tekens in de noemer zo? Eerst stond er 2z^2-1...

Berichten: 2.589

Re: Oplossen van differentiaalvergelijkingen.

de uitdrukking te integreren is:
\(\frac{dx}{x}=\frac{-z}{2z^2-1}\)


de linker kant wordt dan gemakkelijk:
\(\ln{x}\)


Laat ons dus voorloppig alleen spreken over het rechter deel dat wordt
\( \int{\frac{-z}{2z^2-1}}= - \frac{1}{4} \int \frac{dw}{w}\)
Waarbij
\(w=2z^2-1\)
en dus
\(dw=4z\)
Verder volgt dus dat dat gelijk is aan
\(-\frac{1}{4}\ln{w}\)
of
\( - \frac{1}{4}\ln{2z^2-1}\)
We voegen samen
\( \ln(x)=-\frac{1}{4}\ln(2z^2-1)+\ln©\)
nu ga ik alles met z en x in naar links brengen
\(\ln(x)+\frac{1}{4}\ln(2z^2-1)=\ln©\)
verheffen tot de
\(e\)
wordt
\(x(2z^2-1)^\frac{1}{4}=\ln©\)
verhef nu alles tot de vierde en we bekomen
\(x^4(2z^2-1)=c\)
of
\(x^4(2(\frac{y}{x})^2-1)=2x^2y^2-x^4=c\)
Oef wonder boven wonder kom ik iets goed uit.

Ik begreep eigenlijk je vraag niet goed daarom dacht ik, ik zal het wel eens volledig uitwerken en nu blijkt die ook nog goed te zijn ook.

Een truk mss ook voor anderen maak je oef in latex als je hier nog niet super goefend in zijt dan verplicht je je zelf extra op te letten. daardoor is het mij hier dus ook gelukt want ik had echt niet het gedacht dat ik iets goeds zou bereiken.

Groeten. vooral bedankt voor de leerijke tips.!!! [wortel]

Reageer