Keresés


Toplista

Toplista
  • betöltés...

Magántanár kereső

Ha szívesen korrepetálnál, hozd létre magántanár profilodat itt.
Ha diák vagy és korrepetálásra van szükséged, akkor regisztrálj be és írd meg itt, hogy milyen tantárgyban!

Mátrixos diff egyenlet

268
Csatoltam képet.
Jelenleg 1 felhasználó nézi ezt a kérdést.
0
Felsőoktatás / Matematika

Válaszok

1
Számítsuk ki először az együtthatómátrix sajátértékeit és sajátvektorait:

`|(1-lambda,3),(3,1-lambda)|``=``(1-lambda)^2-9``=``(1-lambda-3)(1-lambda+3)``=``(lambda+2)(lambda-4)`

Tehát a sajátértékek: `lambda_1=-2` és `lambda_2=4`.

A `lambda_1` sajátértékhez tartozó sajátvektor:

`\mathbf{A}\mathbf{v}_1=lambda_1 \mathbf{v}_1`

`\mathbf{A}\mathbf{v}_1-lambda_1 \mathbf{v}_1=\mathbf{0}`

`(\mathbf{A}-lambda_1 \mathbf{I})\mathbf{v}_1=\mathbf{0}`

`[[3,3],[3,3]][[v_{11}],[v_{12}]]=[[0],[0]]`

Innen `v_{11}=-v_{12}`, tehát például a `\mathbf{v}_1=[[1],[-1]]` vektor jó lesz.

A `lambda_2` sajátértékhez tartozó sajátvektor:

`\mathbf{A}\mathbf{v}_2=lambda_2 \mathbf{v}_2`

`\mathbf{A}\mathbf{v}_2-lambda_2 \mathbf{v}_2=\mathbf{0}`

`(\mathbf{A}-lambda_2 \mathbf{I})\mathbf{v}_2=\mathbf{0}`

`[[-3,3],[3,-3]][[v_{21}],[v_{22}]]=[[0],[0]]`

Innen `v_{21}=v_{22}`, tehát például a `\mathbf{v}_2=[[1],[1]]` vektor jó lesz.

A homogén rész (tehát az `mathbf{dot x}=\mathbf{A}\mathbf{x}` egyenlet) általános megoldása a következő:

`\mathbf{x}_h(t)=c_1 e^{lambda_1 t}\mathbf{v}_1+c_2 e^{lambda_2 t}\mathbf{v}_2``=``[[c_1 e^(-2t)+c_2 e^(4t)],[-c_1 e^(-2t)+c_2 e^(4t)]]`

Itt `c_1` és `c_2` tetszőleges konstans.

Az inhomogén egyenlet egy partikuláris megoldását keressük próbafüggvényes módszerrel. A gerjesztés konstans (`\mathbf{b}=[[1],[1]]`), tehát keressük a megoldást is konstans alakban (`\mathbf{x}_{ih}=[[alpha],[beta]]`):

`\mathbf{dot x}=\mathbf{A}\mathbf{x}+\mathbf{b}`

`[[0],[0]]=[[1,3],[3,1]][[alpha],[beta]]+[[1],[1]]`

`[[1,3],[3,1]][[alpha],[beta]]=[[-1],[-1]]`

`[[alpha],[beta]]=[[1,3],[3,1]]^-1 [[-1],[-1]]=[[-1/4],[-1/4]]`

A teljes inhomogén differenciálegyenlet általános megoldását megkapjuk, ha összeadjuk a homogén rész általános megoldását és az inhomogén rész egy partikuláris megoldását:

`\mathbf{x}(t)=[[c_1 e^(-2t)+c_2 e^(4t)-1/4],[-c_1 e^(-2t)+c_2 e^(4t)-1/4]]`

Mivel kezdeti feltételek nem voltak megadva, a `c_1` és `c_2` konstansok szabadon megválaszthatók.
Módosítva: 4 éve
0