Matematik

Linearisering

18. april 2014 af Haxxeren - Niveau: Universitet/Videregående

Hej,

Jeg har en bevægelsesligning, der hedder:

2mx'' - mLsin(θ)θ'' - mLcos(θ)(θ')2 + kx = 0

hvor ' er tegn på differentiation, x er fjederens længdeudvidelse og θ er pendulets vinkeldrejning. Bevægelsesligningen skal lineariseres, for at beskrive en lineær bevægelse. Det antages, at θ er lille, hvorfor sin(θ) ≈ θ.

Nu kommer spørgsmålet:

Hvordan kan man antage, at: sin(θ)θ'' ≈ 0 og cos(θ)(θ')2 ≈ 0

Hvordan kan man bare se det?

Tak på forhånd.


Brugbart svar (0)

Svar #1
18. april 2014 af jnl123

Hvis man på forhånd ved eller kan antage, at vinklerne er meget små, så θ er tæt på 0, så er:

- sin(θ) tæt på 0

- cos(θ) tæt på 1

Første og anden ordens ændringerne i vinklerne θ' og θ'' må antages at være små også, og så bliver begge led tæt på 0.


Brugbart svar (0)

Svar #2
18. april 2014 af Andersen11 (Slettet)

Udtrykket -sin(θ)·θ'' - cos(θ)·(θ')2 er lig med (cos(θ))'' . Hvis θ er lille, er cos(θ) praktisk taget konstant lig med 1.


Svar #3
18. april 2014 af Haxxeren

#1

Jeg er rimelig sikker på, at vi ikke må sætte sin(θ) ≈ 0, men at det hedder sin(θ) ≈ θ

Jeg tænkte på, om der ikke var en metode til at vurdere og løse et problem som dette på en systematisk måde? Følger det så, at hvis vinkeldrejningen er lille, så er både vinkelhastighed og vinkelacceleration lille?


Svar #4
18. april 2014 af Haxxeren

#2

Hvordan ved du, at -sin(θ)·θ'' - cos(θ)·(θ')2 er lig med (cos(θ))''?


Brugbart svar (0)

Svar #5
18. april 2014 af jnl123

#3 Hvis θ(t) er meget lille for alle t, så må θ' og θ'' også være lille.

#4 Det er sikkert noget med en composite differentation regel blandet med en trigonometrisk relation :)


Svar #6
18. april 2014 af Haxxeren

#5

Pas. Vi har ikke haft om linearisering før, men det virker lidt bøvlet.


Brugbart svar (0)

Svar #7
18. april 2014 af Andersen11 (Slettet)

#4

Det kan du jo eftervise ved at differentiere cos(θ) to gange:

(cos(θ))' = -sin(θ)·θ'

(cos(θ))'' = -cos(θ)·(θ')2 -sin(θ)·θ''


Svar #8
18. april 2014 af Haxxeren

#7

Det er rigtigt.

Men hvordan kan vi bruge det på:

2mx'' - mLsin(θ)θ'' - mLcos(θ)(θ')2 + kx = 0?

som vi umiddelbart nu kan omskrive til:

2mx'' - mL(cos(θ))'' + kx = 0?

Jeg skal på en eller anden måde have fjernet det midterste led for at ramme facit.


Brugbart svar (0)

Svar #9
18. april 2014 af jnl123

#8

cos(θ) er næsten konstant - dermed er cos(θ)' næsten 0

#7

Er:

d/dt cos(θ(t)) = -sin(θ(t)) · d/dt θ(t)

?


Brugbart svar (0)

Svar #10
18. april 2014 af Andersen11 (Slettet)

#8

Som jeg skrev i #2: hvis θ er lille, er cos(θ) praktisk taget konstant.


Brugbart svar (0)

Svar #11
18. april 2014 af Andersen11 (Slettet)

#9

Er:

d/dt cos(θ(t)) = -sin(θ(t)) · d/dt θ(t)

Ja.


Brugbart svar (0)

Svar #12
18. april 2014 af jnl123

#11

Ok, jeg skal vist have opfrisket mine regneregler :)


Svar #13
18. april 2014 af Haxxeren

#10

Dvs., hvis cos(θ) ≈ konstant, så (cos(θ))' = 0 og dermed (cos(θ))'' = (0)' = 0. Ikke?


Brugbart svar (0)

Svar #14
18. april 2014 af Andersen11 (Slettet)

#12

Der er tale om differentiation af en sammensat funktion.


Brugbart svar (0)

Svar #15
18. april 2014 af jnl123

#13

Ja det må så være korrekt - evt. med ≈ tegn hele vejen igennem


Brugbart svar (0)

Svar #16
18. april 2014 af Andersen11 (Slettet)

#13

Ja, netop.


Svar #17
18. april 2014 af Haxxeren

Lige for at få forståelsen med også - hvad er det vi har gjort? Har vi elimineret cosinus og sinus, fordi de ikke er lineære funktioner?


Brugbart svar (0)

Svar #18
18. april 2014 af Andersen11 (Slettet)

#17

Man har antaget, at θ er lille, så at cos(θ) er praktisk taget konstant, hvorfor de tidsafledede af cos(θ) kan negligeres. Derved opnår man en lineær differentialligning i x(t) alene.


Svar #19
18. april 2014 af Haxxeren

#18

Er det linearisering?


Brugbart svar (0)

Svar #20
18. april 2014 af jnl123

#17

Ja, vi har vel gjort hele bevægelses-ligningen lineær ved at eliminere leddene under antagelse om lille θ. Nu har vi så en lineær ligning i t:

2m·x''(t) + k·x(t) = 0


Forrige 1 2 Næste

Der er 35 svar til dette spørgsmål. Der vises 20 svar per side. Spørgsmålet kan besvares på den sidste side. Klik her for at gå til den sidste side.