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Lineare DGL - Trennung der Variablen (Separation) | Aufgabe mit Lösung
Gewöhnliche DGL Lösungsansätze Übersicht Separierbare DGL 1. Ordnung Form: Lösung mithilfe Trennung der Variablen: Durch Substitution lösbare DGL Form: mit Lösung durch Substitution und Trennung der Variablen: Substituiere:, somit ist Dann ist Durch Trennung der Variablen erhältst du die Lösung von. Die Rücksubstitution liefert dir dann Lineare DGLs Die allgemeine Lösung einer inhomogenen linearen DGL setzt sich aus 1. der allgemeinen Lösung der zugehörigen homogenen DGL 2. der partikulären Lösung der inhomogenen DGL zusammen: Homogene lineare DGL 1. Ordnung Form: Die allgemeine Lösung lautet:, wobei und. Inhomogene lineare DGL 1. Ordnung Form: Lösung durch Variation der Konstanten:, wobei und Inhomogene lineare DGL 1. Ordnung mit konstanten Koeffizienten Form:, wobei Allgemeine Lösung der homogenen DGL: Partikuläre Lösung der inhomogenen DGL: Wenn von der Form: Ansatz: Wenn von der Form: und Ansatz: Die allgemeine Lösung ist dann:
Eine Differentialgleichung, welche die Form Methode Hier klicken zum Ausklappen $ y' = f(x) \cdot g(y) $ Trennung der Veränderlichen T. d. V besitzt, nennt man Differentialgleichung mit getrennten Variablen. Um hieraus Lösungen zu erhalten, bedient man sich der Methode der " Trennung der Veränderlichen ": Methode Hier klicken zum Ausklappen $\ y' = \frac{dy}{dx} = f(x)g(y) \rightarrow \frac{dy}{g(y)} = f(x) dx \rightarrow \int \frac{dy}{g(y)} = \int f(x) dx $. Merke Hier klicken zum Ausklappen Aus dieser Beziehung ergeben sich 2 Aussagen bezüglich der Lösungsgesamtheit. 1. In der Lösungsgesamtheit befinden sich alle Geraden $ y = y_0 $, für die $g(y_0) = 0 $, also $ y_0 $ eine Nullstelle der Funktion $ g(y) $ ist. 2. Zudem befinden sich in der Lösungsgesamtheit alle Funktionen $ y = y(x) $, die sich aus $ \int \frac{dy}{g(y)} = \int f(x) \; dx$, $ g(y) \not= 0 $ in impliziter Form ergeben. Anwendungsbeispiel: TDV Beispiel Hier klicken zum Ausklappen Lösen Sie die Differentialgleichung $y' = -2x(y^2 - y) $ mit Hilfe der "Trennung der Veränderlichen"-Methode!
Auflösen nach y $\frac{y-1}{y} = \frac{y}{y} - \frac{1}{y} = c \cdot e^{-x^2} $ $= 1 - \frac{1}{y} = c \cdot e^{-x^2} \rightarrow -\frac{1}{y} = -1 + c \cdot e^{-x^2} $ [$ \cdot (-) $ und Kehrwert bilden] $y = \frac{1}{1 -c\cdot e^{-x^2}} $ mit $ c\not= 0$ Diese Lösungsschar liefert für $c= 0$ die partikuläre Lösung $y = 1$. 5. Gesamtlösung Die Gesamtlösung besteht also aus der Schar $ y = \frac{1}{1 -c\cdot e^{-x^2}}, c \in \mathbb{R}$ und der partikulären Lösung $ y = 0$.