Lineære førsteordensdifferentialligninger

Differential Equations

Førsteordensdifferentialligninger = ligninger hvor der altid kun er et mærke (eks $y'$ og ikke $y''$)

Linæredifferentialligninger = alle differentialligninger, der kan beskrives med den generelle løsningsformel.


1. Generel løsningsformel

$$y' + p(x) \cdot y = q(x) \arrows y' = q(x) - p(x) \cdot y \arrows \frac{dy}{dx}+p(x) \cdot y=q(x)$$

Variabler (disse funktioner kan godt være konstanter) $p(x)$: en funktion af $x$ $q(x)$: en anden funktion af $x$

Hvis $q(x) = 0$: homogen. Hvis $q(x) \ne 0$: inhomogen.

Løsning (panserformlen)

$$f(x) = e^{-P(x)} \cdot \int e^{P(x)} \cdot q(x)dx$$ Husk integrationskonstanten når du integrere

Variabler $P(x)$: en stamfunktion for $p(x)$

Hvis ligningen er HOMOGEN så er dette løsningen. $$f(x) = e^{-P(x)}$$

Bevis

Eksempler


2. Løsningsformel

$$y' = k \cdot y \arrows f(x)=C \cdot e^{k \cdot x}$$

Løsningerne til differentialligningen vil altid være Eksponentielle Funktioner.

$y'$ er ligefrem proportional med $y$.

$k$-værdien

$k$ er en konstant, og kan derfor ikke indeholde $x$. Den har altid enheden $\frac{1}{[\text{tidsenhed}]}$.

$$\frac{y'}{y} = k$$

Dette er den relative væksthastighed. Viser hvor stor væksthastigheden er i forhold til

Eks. Smittemodel : $s(t)$

$$\frac{s'(3)}{s(3)} = 0.25 \arrows \frac{s'(t)}{s(t)} = 0.25$$

hver person smitter $0.25$ personer.

Bevis

Eksempel 1

3. Løsningsformel (Newtons Afkølingslov)

$$y'=b-a \cdot y \Arrows f(x) = \frac{b}{a} + C \cdot e^{-ax}, \s a \neq0$$ $a$ : En konstant. $b$ : En anden konstant. $C$ : Integrationskonstanten.

$f(x)$ vil altid gå mod $y$-værdien $\frac{b}{a}$, retningen er forekellig alt efter forteget på $a$.

$$\lim\limits_{x \to \infty}(f(x)) = \frac{b}{a}, \s 0<a$$

$$\lim\limits_{x \to -\infty}(f(x)) = \frac{b}{a}, \s a<0$$

Bevis

4. løsningsformel - Separation af de variable

Man “separerer” $x$ og $y$.

Kan bruges når en differentialligning har formen $\frac{dy}{dx} = g(x) \cdot h(y)$.

Eksempler

#matematik #differentialligninger


Backlinks