Differentiaalvergelijking oplossen met machtreeks

Moderators: dirkwb, Xilvo

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Differentiaalvergelijking oplossen met machtreeks

Bepaal in de vorm van een machtreeks de oplossing van het beginwaardeprobleem
\(y''(x)+2xy'(x)+4y=e^x\)
met y(0)=1 en y'(0)=0.

Ik stop er dus een machtreeks
\(y(x)=\sum_{n=0}^\infty a_n x^n\)
in.

Dan kom ik op
\(\sum_{n=0}^\infty (n+2)(n+1)a_{n+2}x^n+2\sum_{n=0}^\infty na_n x^n+4\sum_{n=0}^\infty a_n x^n=\sum_{n=0}^\infty \frac{x^n}{n!}\)


oftewel
\((n+2)(n+1)a_{n+2}+(4+2n)a_n-\frac{1}{n!}=0\)
Dus ik heb de recurrente betrekking
\(a_{n+2}=\frac{1}{(n+2)(n+1)}\left(\frac{1}{n!}-(4+2n)a_n\right)\)
De voorwaarden leveren
\(y(0)=a_0=1, y'(0)=a_1=0\)
Normaal gesproken zorgt zo'n voorwaarde als a_1=0 ervoor dat de oneven reeks wordt afgekapt, en je alleen nog maar de even termen overhoudt. Nu gebeurt dat dus niet, vanwege de faculteit die niet gepaard gaat met een a_i. Ik zie dus niet in wat ik nu nog kan.

Doe ik iets fout, of gaat het goed en kan ik wel degelijk iets met de recurrente betrekking doen?

Bedankt!
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Gebruikersavatar
Berichten: 2.003

Re: Differentiaalvergelijking oplossen met machtreeks

Met de recurrente betrekking kan je alle even getallen uitdrukken in a_0, en alle oneven in a_1. Misschien is het niet mogelijk om een algemene formule te vinden voor a_(2n) uitgedrukt in a_0 en voor a_(2n+1) uitgedrukt in a1, dus ik zie het probleem niet.
I was born not knowing and have only a little time to change that here and there.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Re: Differentiaalvergelijking oplossen met machtreeks

Misschien is het niet mogelijk om een algemene formule te vinden voor a_(2n) uitgedrukt in a_0 en voor a_(2n+1) uitgedrukt in a1, dus ik zie het probleem niet.
Ik had inderdaad gehoopt op een gesloten oplosssing, geen recurrente relatie.

Maar goed, het vraagstuk is in principe al opgelost: De functie
\(y(x)=\sum_{n=0}^\infty a_n x^n\)
voldoet aan de differentiaalvergelijking, waarbij a_n gegeven wordt door
\(n\geq 0: a_{n+2}=\frac{1}{(n+2)(n+1)}\left(\frac{1}{n!}-(4+2n)a_n\right)\)
\(a_0=0,a_1=1\)
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Reageer