Matematik

Bevis for panserformlen

15. juni 2011 af ramme2 (Slettet) - Niveau: A-niveau

Jeg skal bevise at differentialligningen y'  + g(x)*y = h(x) har den fuldstændige løsning  y = e-G(x)*∫ eG(x)*h(x)dx

men kommer i tvivl længere fremme i beviset

y'  + g(x)*y = h(x)

w(x)*y' + w(x)*g(x)*y =w(x)*h(x)      ganger alle led i ligningen med w(x)

w(x)*y' + w(x)*g(x)*y  ligner nu et differentieret produkt. Vi antager at w'(x) = w(x)*g(x) og indsætter w'(x)

w(x)*y' + w'(x)*y = (w(x)*y)'

w(x)*h(x)  = (w(x)*y)'

∫w(x)*h(x)dx = ∫(w(x)*y)'       der integreres på begge sider

w(x)*y = ∫w(x)*h(x)dx    ifølge vores definition af stamfunktion

Og så kommer det jeg ikke kan forstå vi lader   w(x) = eG(x) således at   eG(x)*y = ∫eG(x)*h(x)dx      og vi er næsten færdige. Men hvordan i al verden får man w(x) = eG(x)  ??  Man kan ikke bare vælge noget der passer fint og sætte ind efter behag.    Jeg ved godt at (eG(x))' = eG(x) *G(x). Er der en der kan give mig en pædagogisk forklaring på hvorfor man kan indsætte w(x) = eG(x) i ligningen.

SPM 2 Jeg har vist at y'  + g(x)*y = h(x)  har den fuldstændige løsning  y = e-G(x)*∫ eG(x)*h(x)dx    Men er det også "strengt" nødvendigt at vise det omvendte, at  y = e-G(x)*∫ eG(x)*h(x)dx rent faktisk er en løsning til differentialligningen y+g(x)*y=h(x)  på niveau STXA/HFA.


Brugbart svar (1)

Svar #1
15. juni 2011 af peter lind

Når man vælger w(x) som man gør er det simpelthen fordi det virker.  Du kan også sætte den endelige løsning ind i differentialligningen og dermed vise at det er en løsning.

2. jeg synes det er mere nødvendigt at vise , at der ikke er andre løsninger.


Svar #2
15. juni 2011 af ramme2 (Slettet)

jeg forstår godt at man kan gange alle led i ligningen med w(x). Men jeg forstår ikke hvorfor w(x) = eG(x)

2 Jeg ved ikke hvordan man viser at der ikke er andre løsninger, men det er måske også forsent nu, da jeg skal op imorgen tidlig. Ikke nødvendigvis i panserformlen.


Brugbart svar (1)

Svar #3
15. juni 2011 af peter lind

Man bruger w(x) = eG(x) fordi man ved at det virker. Der er ikke nogen dybsindig grund til hvorfor den bruges og du vil ikke blive stillet til regnskab for det.

Ikke andre løsninger: Enhver funktion y(x) kan skrives som y = eG(x)*f(x). sætter du det ind i ligningen får du en differentialligning som G(x) skal følge. Løsningen af den giver så G(x) på nær en konstant. Da du ikke har hørt om det vil du heller ikke kunne blive stillet til regnskab for det.


Svar #4
15. juni 2011 af ramme2 (Slettet)

Mange tak for kompetent  vejledning.


Brugbart svar (1)

Svar #5
15. juni 2011 af Andersen11 (Slettet)

Differentialligningens venstreside y' + gy minder lidt om resultatet af differentiationen af et produkt (f·g)' = f'·g + f·g' . Lader vi derfor w være en ukendt funktion, har vi

(w·y)' = w'·y + w·y' , og dividerer vi med w , får vi

(w·y)' / w = (w'/w)·y + y' .

Vi ser derfor, at højresiden her har samme form som differentialligningens venstreside, hvis vi sætter

w'/w = g .

Dette er en differentialligning til bestemmelse af w, der har løsningen

ln(w) = ∫g dx = G(x) + C, hvor G(x) er en stamfunktion til g(x), eller

w(x) = c·eG(x) .

Vi kan nu skrive den oprindelige differentialligning på formen

(w·y)' = w·h , som vi kan integrere til

w·y = ∫ w(x)·h(x) dx + k' .

Idet valget af konstanten c ikke har indflydelse på løsningen, når blot c ≠ 0, får vi da

y = e-G(x) · ∫ eG(x)·h(x) dx + k·e-G(x)

som den fuldstændige løsning til differentialligningen.


Skriv et svar til: Bevis for panserformlen

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.