Rare manier van integreren

Moderators: dirkwb, Xilvo

Gebruikersavatar
Berichten: 824

Rare manier van integreren

Hoi,

ik heb het volgende in mijn cursus fysica staan:
\(v=\frac{ds}{dt} \Leftrightarrow ds = v\cdot dt\)
met v constant volgt door integratie:
\(s = v\cdot t + c^{te}\)
Vorig jaar, tijdens mijn cursus wiskunde, werd mij verteld dat 'ds/dt' louter symbolen waren, en dat dat helemaal geen quotient was, dus mocht je er ook niet mee rekenen als een quotient.. Waarom doet men dat hier dan wel?

Alvast bedankt!
Be careful whose advice you buy, but be patient with those who supply it.

Re: Rare manier van integreren

\(\frac{ds}{dt}\)
is inderdaad geen quotient.

Het is dan ook meer een kwestie van notatie.

Bekijk de kettingregel
\((fog)'(x) = f'(g(x))\cdot g'(x)\)
Als we nu schrijven
\(y=g(x)\)
en
\(z=f(y)\)
(eigenlijk staat hier
\(y(x)=g(x)\)
en
\(z(x)=fog(x)\)
), dan is
\(\frac{dz}{dx} = \frac{dz}{dy}\frac{dy}{dx}\)
Hetzelfde zou je krijgen als het echte breuken zouden zijn.

Door die overeenkomst met breuken, doen we net of het ook breuken zijn, alleen mogen we voor de symbolen
\(dx,dy,dz\)
niets invullen (het zijn immers slechts symbolen).

Met
\(ds = v\cdot dt\)
wordt bedoeld
\(v = \frac{ds}{dt}\)
.

Een uitdrukking als
\(ds = v\)
is onzin. Als er links een differentiaal staat moet in elke term in het rechter lid een differentiaal voorkomen (van dezelfde orde).

Zo is
\(d^2s = vdsdt\)
correct, maar
\(d^3s = dxdy^2+dsdx\)
onzin, omdat de laatste term 3 differentiaalfactoren moet hebben.

Gebruikersavatar
Berichten: 824

Re: Rare manier van integreren

Oké, dat verklaart al één en ander.

Bedankt!
Be careful whose advice you buy, but be patient with those who supply it.

Berichten: 7.068

Re: Rare manier van integreren

Met
\(ds = v\cdot dt\)
wordt bedoeld
\(v = \frac{ds}{dt}\)
.
De twee zijn equivalent, maar ik denk niet dat met de eerste de tweede bedoeld wordt. Ik denk dat gewoon de 'dk-jes' weggelaten worden in:
\(\frac{ds}{dk} = v \cdot \frac{dt}{dk}\)
Of dit daadwerkelijk zo is of dat het gebruik van deze manier van opschrijven stamt van het werken met infinitesimalen kan ik niet vinden. Heeft iemand misschien een bron over de historie van deze notatie?

Re: Rare manier van integreren

EvilBro schreef:De twee zijn equivalent, maar ik denk niet dat met de eerste de tweede bedoeld wordt. Ik denk dat gewoon de 'dk-jes' weggelaten worden in:
\(\frac{ds}{dk} = v \cdot \frac{dt}{dk}\)
Met
\(ds = v\cdot dt\)
wordt bedoeld
\(\frac{ds}{dt} = v\)
Zoals al gememoreerd geldt de kettingregel en volgt uit
\(\frac{ds}{dt} = v\)
en
\(\frac{ds}{dk} = \frac{ds}{dt}\frac{dt}{dk}\)
dat
\(\frac{ds}{dk} = v\frac{dt}{dk}\)

Berichten: 7.068

Re: Rare manier van integreren

Met
\(ds = v\cdot dt\)
wordt bedoeld
\(\frac{ds}{dt} = v\)
Ja, dat zei je al. Ik zei toen dat het mijn inziens waarschijnlijker is dat er het volgende mee bedoeld wordt:
\(\frac{ds}{dk} = v\frac{dt}{dk}\)
en dat de 'dk' gewoon weggelaten worden om schrijfwerk te besparen. Daarom vroeg ik ook of iemand iets over de geschiedenis van deze notatie wist.

Even voor de duidelijkheid: het verschil tussen onze visies is dat bij mij
\(ds = v\cdot dt\)
een korte notatie is voor een vergelijking met betekenis terwijl bij jou de notatie enkel betekenis heeft doordat hij gelijk wordt gesteld aan een andere vergelijking.

Re: Rare manier van integreren

Dat je
\(\frac{ds}{dk} = v\frac{dt}{dk}\)
MAG schrijven is een gevolg van de kettingregel en dat moet je BEWIJZEN. Dus dit als definitie nemen is FOUT.

Berichten: 7.068

Re: Rare manier van integreren

Dat je
\(\frac{ds}{dk} = v\frac{dt}{dk}\)
MAG schrijven is een gevolg van de kettingregel en dat moet je BEWIJZEN. Dus dit als definitie nemen is FOUT.
Wie neemt dit als definitie aan dan?

Gebruikersavatar
Berichten: 2.003

Re: Rare manier van integreren

raintjah schreef:Hoi,

ik heb het volgende in mijn cursus fysica staan:
\(v=\frac{ds}{dt} \Leftrightarrow ds = v\cdot dt\)
met v constant volgt door integratie:
\(s = v\cdot t + c^{te}\)
waar komt die
\(c^{te}\)
vandaan?
I was born not knowing and have only a little time to change that here and there.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 6.590

Re: Rare manier van integreren

Sorry,maar ik begrijp niet waar die dk vandaan komt? ds/dt is toch de limiet van Delta s/Delta t voor t nadert tot nul.

ds=v(t).dt

Gebruikersavatar
Berichten: 3.751

Re: Rare manier van integreren

Sorry,maar ik begrijp niet waar die dk vandaan komt?
Kettingregel:
\(v=\frac{ds}{dt}=\frac{ds}{dk}\frac{dk}{dt}\)


impliceert
\(v\frac{1}{{dk}/{dt}}=\frac{ds}{dk}\)

\(v\frac{dt}{dk}=\frac{ds}{dk}\)
(geldig voor volledige afgeleiden met vanzelfsprekende onderstellingen)

en daarna noteert men de dk niet meer.

Berichten: 7.068

Re: Rare manier van integreren

\(\frac{ds(t_0)}{dt} = \lim_{t \to t_0} \frac{s(t)-s(t_0)}{t - t_0} = \lim_{(t_0 + \Delta t) \to t_0} \frac{s(t_0 + \Delta t)-s(t_0)}{t_0 + \Delta t - t_0} = \lim_{\Delta t \to 0} \frac{s(t_0 + \Delta t)-s(t_0)}{\Delta t}\)
De linker term is hier een notatie en geen echte breuk zoals al eerder gezegd. Waarschijnlijk vindt deze notatie zijn oorsprong in:
\(s(t_0 + \Delta t)-s(t_0) = \Delta s\)
dus als \(\Delta t\) dan maar klein genoeg is dan geldt meestal wel:
\(\frac{ds(t_0)}{dt} \approx \frac{\Delta s}{\Delta t}\)


Omdat het geen echte breuk is, is het dus ook onzin om te vermenigvuldigen met dt. Wat je in werkelijkheid doet is gebruik maken van de kettingregel (dit is ook al hierboven gezegd):
\(\frac{ds(t(k))}{dk} = \frac{ds(t)}{dt} \cdot \frac{dt(k)}{dk} \rightarrow \frac{ds(t)}{dt} = \frac{\frac{ds(t(k))}{dk}}{ \frac{dt(k)}{dk}}\)
De meest rechter term is wel een echte breuk, dus je kan nu het volgende doen:
\(v = \frac{ds(t)}{dt} = \frac{\frac{ds(t(k))}{dk}}{ \frac{dt(k)}{dk}} \rightarrow \frac{ds(t(k))}{dk} = v \cdot \frac{dt(k)}{dk}\)
De stap die hierna altijd volgt is beide kanten integreren.
\(\int \frac{ds(t(k))}{dk} dk = \int v \cdot \frac{dt(k)}{dk} dk\)
Wat via de kettingregel weer te schrijven is als:
\(\int ds(t(k)) = \int v \cdot dt(k)\)
Al dat gedoe met k-tjes is alleen maar veel werk en het is net zo duidelijk om die gewoon weg te laten:
\(\int ds = \int v \cdot dt\)
Hierin denk ik dat de oorsprong ligt om \(ds = v \cdot dt\) te schrijven. Het is een tussenstap die simpel is opgeschreven om werk te besparen. Of dit ook de daadwerkelijke oorsprong is, heb ik nog niet kunnen achterhalen (vandaar mijn vraag).

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Rare manier van integreren

Vorig jaar, tijdens mijn cursus wiskunde, werd mij verteld dat 'ds/dt' louter symbolen waren, en dat dat helemaal geen quotient was, dus mocht je er ook niet mee rekenen als een quotient.. Waarom doet men dat hier dan wel?
Wiskundig heb je gelijk: ds/dt is geen breuk, dus je mag er in principe ook niet mee spelen alsof je een teller en een noemer hebt. Wat is het dan wel? Het is de limiet van een breuk. Het gedraagt zich *soms* ook als een breuk, althans die notatie laat dat toe. Zie daarvoor de toelichting van PeterPan ivm de kettingregel.

Zo ook met het 'scheiden' van teller en noemer: het mag in principe niet, maar in sommige gevallen blijkt dat wel te 'werken'. Vandaar dat je het wel tegenkomt, in het bijzonder in toepassingen zoals bij fysica. Bij het oplossen van differentiaalvergelijkingen door middel van 'scheiden van veranderlijken', zie je dit vaak.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Berichten: 7.068

Re: Rare manier van integreren

Zo ook met het 'scheiden' van teller en noemer: het mag in principe niet, maar in sommige gevallen blijkt dat wel te 'werken'.
Als de variabelen te scheiden zijn, dan mag het volgens mij. Je kan namelijk een zelfde verhaal houden als ik hierboven heb gehouden (dus met de extra variabele k) voor:
\(\frac{dy}{dx} = \frac{g(x)}{h(y)}\)
Het toestaan van deze 'truuk' is dan volgens mij niks anders dan een hoop onzinnig uitschrijfwerk te vereenvoudigen.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Rare manier van integreren

De gemiddelde student doet dat niet met jouw verhaal in het achterhoofd, maar vanuit de gedachte dat

dy/dx = f(x)g(y) <=> dy/g(y) = f(x)dx

geldt omdat dy/dx een "breuk" is. Dat is natuurlijk fout, wat niet wil zeggen dat het niet werkt.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Reageer