Lineaire differentiaalvergelijking v/d eerste orde

Moderators: dirkwb, Xilvo

Reageer
Berichten: 26

Lineaire differentiaalvergelijking v/d eerste orde

Hey,

Na verschillende pogingen over een periode van een paar dagen, kom ik deze opgave gewoonweg niet uit. Raar dat een eerste orde diff. vgl. dan juist niet wil lukken tussen al die hogere ordes...

Opgave:
\((x-3)y' = y - 4(x-3)²\)
Naar de vorm y' + P(x)y = Q(x) omgevormd:
\(y' - \frac{y}{x-3}=-4x+12\)
Eerste stap: VRL=0
\(y' - \frac{y}{x-3}=0\)
\(\frac{dy}{dx} - \frac{1}{x-3}y=0\)
\(\frac{dy}{y} = \frac{1}{x-3}dx\)
\(\int \frac{dy}{y}=\int \frac {1}{x-3}dx\)
\(ln |y| = ln |x-3| + C\)
\(y = x-3+C\)
Tweede stap: C=C(x) (Methode van Lagrange)

Vanuit de vorm
\(y' - \frac{y}{x-3}=-4x+12\)
\(1-\frac{x-3+C}{x-3}=-4x+12\)
Als ik hieruit C bereken, kom ik niet de eindoplossing uit welke in het boek gegeven wordt... Namelijk:
\(y=(-4x+k)(x-3)\)
Ik heb het ook via de Particuliere oplossing geprobeerd, maar dit lukte me ook niet.

Ik neem aan dat ik iets simpels bij de eerste stap verkeerd doe...

Alvast bedankt voor de hulp.

Mvg

Gebruikersavatar
Berichten: 368

Re: Lineaire differentiaalvergelijking v/d eerste orde

Om te beginnen vervangen we x-3 voorlopig door x. Op het einde doen we het omgekeerde.

De vergelijking wordt xy' = y - 4x^2

We zoeken eerst een oplossing van de homogene vergelijking xy'-y =0.

Men vindt y = dx met d een constante

We zoeken een oplossing van de vorm y = ax^2 + bx van de totale vergelijking xy' = y-4x^2

dan vindt men dat a = -4 moet zijn en b willekeurig. Dus y = -4x^2 +bx

De oplossing van xy' = y - 4x^2 = de oplossing van de homogene + de oplossing -4x^2+bx

We vinden y = -4x^2 +bx + dx

Dit is eigenlijk y = -4x^2 + c x of y = x(c-4x) met c willekeurig

Nu vervangen we weer x door x-3

Er komt y = (x-3)(c - 4(x-3))

dit is hetzelfde als y = (x-3)(-4x+k)

Controleer nog eens goed of er geen fouten instaan
Het eindig getal π verenigt het eindige met het transcendente.

De eindige cirkel bereikt het oneindige in zijn isotrope punten.

Berichten: 26

Re: Lineaire differentiaalvergelijking v/d eerste orde

Is deze diff. vgl. geen lineaire diff. vgl. van de eerste orde?

Ik heb namelijk alleen maar lineaire diff. vgl. gezien, en geen homogene (dit was ook een oefening welke onder die term stond).

Daarom dat ik deze dus ook naar de vorm y' + P(x)y = Q(x) om heb gezet.

Kun je aangeven wat er fout is aan de oplossing die ik gebruik? Dit is namelijk de manier die aangegeven wordt bij de theorie, ik kan niet zo goed aan de gegeven oplossing hierboven uit..

Toch al bedankt voor de moeite.

Mvg

Gebruikersavatar
Berichten: 368

Re: Lineaire differentiaalvergelijking v/d eerste orde

YeeHaa schreef:
\(ln |y| = ln |x-3| + C\)
\(y = x-3+C\)
Mvg
daar staat een foutje
\(ln |y| = ln |x-3| + C\)
dus is
\(ln |y| = ln |x-3| + ln( c )\)
\(y = c.(x-3)\)
Het eindig getal π verenigt het eindige met het transcendente.

De eindige cirkel bereikt het oneindige in zijn isotrope punten.

Gebruikersavatar
Berichten: 368

Re: Lineaire differentiaalvergelijking v/d eerste orde

y' + P(x)y = Q(x)

Ik ken alleen de volgende formule

noem
\( e^{-\int Pdx} = F(x) \)
dan is
\( y = F(x) ( C + \int \frac{Q(x)}{F(x)} dx ) \)
Die F(x) is (x-3), maar jouw tweede deel begrijp ik niet.

Als ik het uitreken met bovenstaande formule komt het wel uit zoals in je boek

Q(x) = -4(x-3)

Q(x)/F(x) = -4

dan is y = (x-3) ( C -4x)

en dit is van de vorm (-4x+k).(x-3)
Het eindig getal π verenigt het eindige met het transcendente.

De eindige cirkel bereikt het oneindige in zijn isotrope punten.

Berichten: 26

Re: Lineaire differentiaalvergelijking v/d eerste orde

In mijn theorieboek is gegeven dat een lineaire differentiaalvergelijking van de eerste orde de vorm y'+P(x)y=Q(x) heeft.

Na toepassen van de eerste stap (y' + P(x)y=0) kom ik de (aan de hand van de verbetering) y=c.(x-3) uit.

Nu volg ik de methode van Lagrange (variatie van constanten), en vul ik de functie y=c.(x-3) in de hoofdopgave in.
\(D[c.(x-3)]-\frac{c.(x-3)}{x-3}=-4x+12\)
Maar hiermee kom ik nog niet tot de eindoplossing...

Mvg

Berichten: 26

Re: Lineaire differentiaalvergelijking v/d eerste orde

Ik ben dan toch uiteindelijk tot de oplossing gekomen, werkend via mijn boek.

De eerste stap was goed: y=c.(x-3)

Bij de tweede stap wordt dit
\(C'.(x-3) + C.1 - \frac{1}{(x-3)}.C(x-3) = -4x+12\)
Vereenvoudigd:
\(C' =\frac {-4(x-3)}{(x-3)}=-4\)
C = -4x + k

Algemene oplossing:

y = (-4x+k).(x-3)

Toch bedankt voor de hulp!

Mvg

Reageer