Differentiaalvergelijking

Moderators: dirkwb, Xilvo

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Differentiaalvergelijking

Los de volgende beginwaardeproblemen op door (eventueel) een geschikte substitutie te kiezen.

Bij de eerste doe ik blijkbaar iets fout, maar wat?
\(\frac{dy}{dx}=(x+y)^2,y(0)=0\)
Substitutie:
\(z=x+y,\frac{dz}{dx}=\frac{dy}{dx}+1\)
. Dus we hebben
\(\frac{dz}{dx}=z^2+1\)
. Oplossen geeft
\(x(z)=x_0+\int_{z_0}^{z}\frac{d\eta}{\eta^2+1}=\int_{z_0}^{z}\frac{d\eta}{\eta^2+1}=\arctan z-\actan z_0\)
.

Oplossen voor z geeft
\(z(x)=\tan{(x+\arctan z_0)}\)
en dus
\(y(x)=\tan(x+\arctan z_0)\)
.
\(y(0)=z_0=0\)
hetgeen resulteert in
\(y(x)=\tan x-x\)
.

Helaas voldoet deze niet aan de diff. vgl. Wat doe ik fout?
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Gebruikersavatar
Berichten: 3.330

Re: Differentiaalvergelijking

Invullen in de differentiaalvgl geeft:
\(\sec^2(x)-1=\tan^2(x)\)
.

Wat klopt meen ik.
Volgens mijn verstand kan er niets bestaan en toch bestaat dit alles?

Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Re: Differentiaalvergelijking

Het klopt inderdaad :D Gelukkig maar! Bedankt.
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Re: Differentiaalvergelijking

Nog een van dezelfde opdracht "Los de volgende beginwaardeproblemen op door (eventueel) een geschikte substitutie te kiezen."
\(\frac{dy}{dx}=2y(x\sqrt{y}-1),y(0)=1\)
. Ik probeerde
\(z=x\sqrt{y}\to \frac{dz}{dx}=\sqrt{y}+\frac{x}{2\sqrt{y}}\frac{dy}{dx}\)
dus
\(\frac{dy}{dx}=\left(\frac{dz}{dx}-\sqrt{y}\right)\frac{2\sqrt{y}}{x}=2y(z-1)\)
oftewel
\(\frac{dz}{dx}=\frac{2yx(z-1)}{2\sqrt{y}}+\sqrt{y}=z(z-1)+\frac{z}{x}\)
. Maar deze is niet zo makkelijk op te lossen, waardoor ik vermoed dat er een geschiktere substitutie is. Ik heb al z=(y)^(1/2) geprobeerd, maar dat schiet ook niet op. Iemand een hint?
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Re: Differentiaalvergelijking

Nog eentje waar ik niet uit kom (de bovenstaande lukt me nog steeds niet...):
\(\frac{dy}{dx}=-2\frac{y}{x}+xy^2,y(1)=1\)
.

De bedoeling is deze op te lossen m.b.v. variatie van constanten, eventueel na een substitutie.

Voor de hand liggende substitutie is
\(z=xy^2,\frac{dz}{dx}=y^2+2yx\frac{dy}{dx}\to \frac{dy}{dx}=\left(\frac{dz}{dx}-y^2\right)\cdot\frac{1}{2xy}=-2\frac{y}{x}+xy^2\)
dus nieuwe diff.vgl is
\(\frac{dz}{dx}=-3y^2+2x^2y^3=-3\frac{z}{x}+2\sqrt{x}z^{\frac{3}{2}}\)
en hiermee schiet ik niets op. Substitutie van z=y/x brengt me ook niets verder. Iemand? :D
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Differentiaalvergelijking

Phys schreef:Nog een van dezelfde opdracht "Los de volgende beginwaardeproblemen op door (eventueel) een geschikte substitutie te kiezen."
\(\frac{dy}{dx}=2y(x\sqrt{y}-1),y(0)=1\)
. Ik probeerde
\(z=x\sqrt{y}\to \frac{dz}{dx}=\sqrt{y}+\frac{x}{2\sqrt{y}}\frac{dy}{dx}\)
dus
Als je de -1 eens bij de substitutie neemt, dan krijg je:
\(z = x\sqrt y - 1 \Rightarrow \frac{{dz}}{{dx}} = \sqrt y + \frac{x}{{2\sqrt y }}\frac{{dy}}{{dx}}\)
Waaruit:
\(\frac{{dy}}{{dx}} = \frac{{2\sqrt y }}{x}\left( {\frac{{dz}}{{dx}} - \sqrt y } \right) = 2yz\)
En dus:
\(\frac{{dz}}{{dx}} = \frac{x}{{2\sqrt y }}2yz + \sqrt y = zx\sqrt y + \sqrt y \)
Uit de substitutie volgt dat:
\(z = x\sqrt y - 1 \Rightarrow \sqrt y = \frac{{z + 1}}{x}\)
Dus:
\(\frac{{dz}}{{dx}} = z\sqrt y \left( {x + 1} \right) = z\frac{{z + 1}}{x}\left( {x + 1} \right)\)
En dat lijkt me te scheiden.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Re: Differentiaalvergelijking

Bedankt voor het antwoord! :D

Echter, volgens mij maak je op het eind een foutje:
\(\frac{dz}{dx}=z\sqrt{y}(x+1)\)
moet zijn
\(\frac{dz}{dx}=z\sqrt{y}\left(x+\frac{1}{z}\right)=z\frac{z+1}{x}\left(x+\frac{1}{z}\right)\)
en dat kun je niet scheiden...
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Differentiaalvergelijking

Ah, helaas: te snel geweest. Het kwam al zo snel mooi uit, te mooi om waar te zijn dus.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Re: Differentiaalvergelijking

Bij de tweede heb ik ook alle mogelijk substituties geprobeerd, vreemd dat er niets lijkt te werken :D
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Gebruikersavatar
Berichten: 3.330

Re: Differentiaalvergelijking

Phys schreef:Nog een van dezelfde opdracht "Los de volgende beginwaardeproblemen op door (eventueel) een geschikte substitutie te kiezen."
\(\frac{dy}{dx}=2y(x\sqrt{y}-1),y(0)=1\)
. Ik probeerde
\(z=x\sqrt{y}\to \frac{dz}{dx}=\sqrt{y}+\frac{x}{2\sqrt{y}}\frac{dy}{dx}\)
dus
\(\frac{dy}{dx}=\left(\frac{dz}{dx}-\sqrt{y}\right)\frac{2\sqrt{y}}{x}=2y(z-1)\)
oftewel
\(\frac{dz}{dx}=\frac{2yx(z-1)}{2\sqrt{y}}+\sqrt{y}=z(z-1)+\frac{z}{x}\)
. Maar deze is niet zo makkelijk op te lossen, waardoor ik vermoed dat er een geschiktere substitutie is. Ik heb al z=(y)^(1/2) geprobeerd, maar dat schiet ook niet op. Iemand een hint?
Als ik ze zo schrijf:
\(\frac{dy}{dx}+2y=2xy^{\frac{3}{2}}\)
krijg ik een differentiaalvgl van Bernouilli.

Ik stel
\(v=y^{-\frac{1}{2}}\)
Na wat rekenen krijg ik:
\(\frac{dv}{dx}-v=-x\)
Wat een gewone lineaire differentiaalvgl is.

De volgende is ook een differentiaalvgl van Bernouilli dus
\(v=y^{1-n}\)
Volgens mijn verstand kan er niets bestaan en toch bestaat dit alles?

Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Re: Differentiaalvergelijking

Inderdaad, ik heb zojuist twee substituties gevonden die werken: respectievelijk z=y^(-1/2) en z=yx^2 :D

Soms moet je een beetje inventief zijn, blijkt weer. De voor de handliggende substituties werken niet, maar licht aangepast wel.
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Differentiaalvergelijking

Bernouilli inderdaad... Als het lang geleden is dat je nog DV'en hebt opgelost, vergeet je aan zo'n dingen te denken :D
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Reageer