Matematik

Omskrivning af løsning til homogen lineær andenordensdifferentialligning

17. december 2009 af Jepsen2104 (Slettet) - Niveau: A-niveau

Hej alle sammen

Jeg sidder i øjeblikket og skriver SRP i Fysik og Matematik omkring svingninger og differentialligninger og jeg er løbet ind i et lille problem.

Jeg har fundet den fuldstændige løsning til differentialligningen y''+a*y'+b*y=0 som er f(x)=c1*exp(k*x)*cos(w*x)+c2*exp(k*x)*sin(w*x). Jeg vil så gerne omskrive denne løsning til formen f(x)=A*exp(k*t)*sin(w*t+fhi), som er nemmere at arbejde med når jeg skal beskrive en dæmpet svingning. Jeg kan bare ikke finde ud af det.

Håber der er nogen som vil hjælpe med dette. Det ville være en kæmpe hjælp.


Brugbart svar (0)

Svar #1
17. december 2009 af peter lind

Definer c= kvrod(c12+c22). Du kan nu definere en vinkel ved u ved sin(u)=c1/c, cos(u)=c2/c. Indsat får du så løsningen y =C*ekx(sin(u)cos(wx)+cos(u)sin(wx)) =  C*ekxsin(wx+u)


Svar #2
17. december 2009 af Jepsen2104 (Slettet)

Tusind tak for hjælpen! Imidlertid er jeg løbet ind i et andet problem som jeg håber at jeg også kan få hjælp til.

Jeg har lavet forsøg med et lod ophængt i en fjeder. Jeg skal så redegøre for hvordan svingningstiden for en dæmpet harmonisk svingning afhænger af fjederkonstanten og loddets masse. Er denne sammenhæng den samme som for en udæmpet harmonisk svingning eller er den mere indviklet?


Brugbart svar (0)

Svar #3
17. december 2009 af peter lind

Det er den ikke. Du skal løse den tilsvarende andenordens  differentialligning for at finde det.


Brugbart svar (0)

Svar #4
17. december 2009 af mathon

f(x) = e-kx·(c1·cos(ω·x) + c2·sin(ω·x)) = e-kx·A·sin(ω·x+φ) = Ae-kx·sin(ω·x+φ)                            

som anvist i #1 men med e-kx

....................................

omskrivningsdetaljer
se

Vedhæftet fil:omskrivning.doc

Svar #5
18. december 2009 af Jepsen2104 (Slettet)

Peter Lind jeg er ikke helt med på hvad du mener? Jeg har jo netop løst den andenordensdifferentialligning, der beskriver en dæmpet svingning?

Forresten tak for svaret mathon. Super god hjælp :)


Brugbart svar (0)

Svar #6
18. december 2009 af mathon

du havde ikke løst den helt rigtigt

lad os tage den karakteristiske ligning
på formen
                         r² + 2p·r + ω² = 0
med rødderne
                         r = -p ± √(p²-ω²)                 som med ω>p
giver
                         r = -p ± i√(ω²-p²)
dvs
med den fuldstændige differentialligningsløsning

                 f(t) = C1·e(-p + i√(ω²-p²))·t + C2·e(-p - i√(ω²-p²))·t
           
                 f(t) = C1·e-pt·ei√(ω²-p²)·t + C2·e-pt·e-i√(ω²-p²)·t

                 f(t) = e-pt[C1·ei√(ω²-p²)·t + C2·e-i√(ω²-p²)·t]

                 f(t) = e-pt[C1(cos(√(ω²-p²)·t)+i·sin((√(ω²-p²)·t) + C2(cos(-√(ω²-p²)·t)+i·sin((-√(ω²-p²)·t)]

                 f(t) = e-pt[(C1+C2)·cos((√(ω²-p²)·t) + (C1-C2)i·sin((√(ω²-p²)·t)]   

                 f(t) = e-pt·(c1·cos((√((ω²-p²)·t) + c2·sin((√(ω²-p²)·t))

                 f(t) = e-pt·A·sin(√((ω²-p²)·t)+φ)

                                              f(t) = Ae-pt·sin(√((ω²-p²)·t)+φ)

..........................

anvendt er bl.a.:
                      cos(-x) = cos(x)
                      sin(-x) = -sin(x)
                      c1 = (C1+C2)
                      c2 = (C1-C2)                      bemærk forskellen på store og små "c"
                      A = √(c1² + c2²)
                      φ = tan-1(c2/c1)


Svar #7
18. december 2009 af Jepsen2104 (Slettet)

Jeg har vist fået løst problemet. Tusind tak.

Lige et sidste spørgsmål: Hvilken enhed har dæmpningskonstanten?


Brugbart svar (0)

Svar #8
20. december 2009 af mathon

hvis du med dæmpningskonstanten
mener
                   1)   p
i e-pt er enheden s-1

                   2)   e-pt er den ubenævnt
 


Skriv et svar til: Omskrivning af løsning til homogen lineær andenordensdifferentialligning

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.