Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Równania różniczkowe i całkowe. Równania różnicowe. Transformata Laplace'a i Fouriera oraz ich zastosowanie w równaniach różniczkowych.
janusz2000
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 54
Rejestracja: 18 gru 2014, o 14:21
Płeć: Kobieta
Lokalizacja: Wawa
Podziękował: 17 razy
Pomógł: 1 raz

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: janusz2000 »

Witam,

mam problem z prostym jak sie domyslam rownaniem rozniczkowym. Nie wiem czemu ciagle gdzies sie gubie w przeksztalceniach i dochodze do niczego. Bylbym bardzo wdzieczny za pomoc.

\(\displaystyle{ y' = -\frac{1}{1- \frac{y}{x} } + \frac{1}{y- \frac{y^2}{x} }}\)

Probowalem tutaj podstawiania za \(\displaystyle{ u = \frac{y}{x}}\) ale chyba nie tedy droga


Pozdrawiam
janusz47
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 8035
Rejestracja: 18 mar 2009, o 16:24
Płeć: Mężczyzna
Podziękował: 30 razy
Pomógł: 1707 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: janusz47 »

Jest to równanie różniczkowe zwyczajne - jednorodne.

Przekształcamy do postaci równania o zmiennych rozdzielonych:

\(\displaystyle{ y' = \frac{1}{1- \frac{y}{x}}\left( 1 + \frac{1}{y}\right).}\)

Stosujemy podstawienie:

\(\displaystyle{ \frac{y}{x} = u.}\)

\(\displaystyle{ y = xu, \ \ y' = u + xu'.}\)

\(\displaystyle{ u + xu' = \frac{1}{1-u} \left( 1 +u).}\)

\(\displaystyle{ xu' = \frac{1+u}{1 - u} -u,}\)

\(\displaystyle{ xu' = \frac{1+u^{2}}{1 -u}.}\)

\(\displaystyle{ \frac{1-u}{1+ u^{2}}du = \frac{1}{x}dx.}\)
.....................................
Awatar użytkownika
Premislav
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 15496
Rejestracja: 17 sie 2012, o 13:12
Płeć: Kobieta
Lokalizacja: Warszawa
Podziękował: 195 razy
Pomógł: 5224 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: Premislav »

janusz47, miałem podobny pomysł, ale obawiam się, że popełniasz niestety błąd.
janusz47 pisze:\(\displaystyle{ y' = \frac{1}{1- \frac{y}{x}}\left( 1 + \frac{1}{y}\right)}\)
Winno być: \(\displaystyle{ y' = \frac{1}{1- \frac{y}{x}}\left(-1 + \frac{1}{y}\right)}\)

A nawet jeśli to pominąć, to dalej masz poważniejszy błąd:
\(\displaystyle{ u + xu' = \frac{1}{1-u} \left( 1 +u)}\)
Prawa strona jest niepoprawna. Wszelako \(\displaystyle{ y=ux}\), zatem \(\displaystyle{ \frac{1}{y}= \frac{1}{ux}}\).
Nie odbieraj tylko tego, proszę, w charakterze ataku.

To równanie uważam za dość trudne. Mimo ponadgodzinnego frontalnego ataku nie pokonałem go niestety. Może tu potrzeba czegoś sprytnego... Wolfram w ogóle tego nie rozwiązuje.
Roiło mi się podstawienie \(\displaystyle{ y=-x\tg^2(u)}\), ale i tak się nie udało pozbyć wszystkich syfów. -- 27 paź 2016, o 21:35 --Swoją drogą nie pisze się "I-szego", ale to szczegół.

Pozdrawiam. Gdybyś wpadł na rozwiązanie, to napisz, proszę.
janusz2000
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 54
Rejestracja: 18 gru 2014, o 14:21
Płeć: Kobieta
Lokalizacja: Wawa
Podziękował: 17 razy
Pomógł: 1 raz

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: janusz2000 »

@Premislav

Dziękuję bardzo za próbę pomocy, w pewnym sensie mnie to pocieszylo poniewaz myslalem, ze jest ono banalne a ja nie potrafie sie z nim uporac. Sam probowalem praktycznie wszystkimi znanymi mi metodami rozwiazywania rownan pierwszego rzedu niestety bezskutecznie.

Jesli tylko wpadne lub znajde jakiekolwiek rozwiązanie to je tutaj umiesze.

Rowniez pozdrawiam
janusz47
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 8035
Rejestracja: 18 mar 2009, o 16:24
Płeć: Mężczyzna
Podziękował: 30 razy
Pomógł: 1707 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: janusz47 »

...........................................
\(\displaystyle{ u + xu' = \frac{1}{1-u} \left( -1 +\frac{1}{xu}\right).}\)

\(\displaystyle{ xu' =\frac{ -(1+u +u^{2})xu +1}{(1+u)xu},}\)

\(\displaystyle{ u' = \frac{-(1 + u +u^{2})xu +1}{(1+u)x^{2}u}= \frac{-(1+u+u^{2}}{(1+u)x}+\frac{1}{u(1+u)x^{2}}.}\)

\(\displaystyle{ \left \{ \begin{matrix} \frac{-1}{2}\frac{(1+u)du}{(1+u +u^{2})} = \frac{1}{x}dx,\\

-\frac{1}{2}u(1+u)du = \frac{1}{x^{2}}dx\end{matrix} \right.}\)
Awatar użytkownika
kerajs
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 8714
Rejestracja: 17 maja 2013, o 10:23
Płeć: Mężczyzna
Podziękował: 338 razy
Pomógł: 3434 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: kerajs »

janusz47 pisze: \(\displaystyle{ u + xu' = \frac{1}{1-u} \left( -1 +\frac{1}{xu}\right).}\)

\(\displaystyle{ xu' =\frac{ -(1+u +u^{2})xu +1}{(1+u)xu},}\)

\(\displaystyle{ u' = \frac{-(1 + u +u^{2})xu +1}{(1+u)x^{2}u}= \frac{-(1+u+u^{2}}{(1+u)x}+\frac{1}{u(1+u)x^{2}}.}\)

\(\displaystyle{ \left \{ \begin{matrix} \frac{-1}{2}\frac{(1+u)du}{(1+u +u^{2})} = \frac{1}{x}dx,\\

-\frac{1}{2}u(1+u)du = \frac{1}{x^{2}}dx\end{matrix} \right.}\)
Niestety jest kilka literówek:
\(\displaystyle{ u + xu' = \frac{1}{1-u} \left( -1 +\frac{1}{xu}\right).}\)
\(\displaystyle{ xu' =\frac{ -(1+u \magenta -u^{2}\black)xu +1}{(1\magenta -u\black)xu},}\)
\(\displaystyle{ u' = \frac{-(1 + u \magenta -u^{2}\black)xu +1}{(1\magenta -u\black)x^{2}u}= \frac{-(1+u\magenta -u^{2}\black)}{(1\magenta -u\black)x}+\frac{1}{u(1\magenta -u\black)x^{2}}.}\)
i niejasność: Dlaczego zakładasz że każdy ze składników ostatniej sumy to połowa \(\displaystyle{ u'}\) ?


Ps
Zastanawia mnie czy równanie nie powinno wyglądać tak:
\(\displaystyle{ y' = -\frac{1}{1- \frac{y}{x} } + \frac{x}{y- \frac{y^2}{x} }}\)
Czy znana jest odpowiedź do tego zadania?
Awatar użytkownika
Mariusz M
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 6953
Rejestracja: 25 wrz 2007, o 01:03
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: 53°02'N 18°35'E
Podziękował: 2 razy
Pomógł: 1254 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: Mariusz M »

\(\displaystyle{ y' = -\frac{1}{1- \frac{y}{x} } + \frac{1}{y- \frac{y^2}{x} }\\
y'=- \frac{xy}{y\left( x-y\right) } +\frac{x}{y\left( x-y\right) }\\
y'=-\frac{x\left( y-1\right) }{y\left( x-y\right) }\\
y'+\frac{x\left( y-1\right) }{y\left( x-y\right) }=0\\
x\left( y-1\right) \mbox{d}x +y\left( x-y\right) \mbox{d}y=0\\
x\left( y-1\right)\frac{\mbox{d}x}{\mbox{d}y}+y\left( x-y\right)=0\\}\)


Jezeli podstawimy \(\displaystyle{ x=\frac{1}{u}}\)
to otrzymamy rownanie ktore jest nazywane przez Maple rownaniem Abela

kerajs, twoja propozycja prowadzi do rownania jednorodnego
z ktorym nie powinno byc problemow
Awatar użytkownika
kerajs
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 8714
Rejestracja: 17 maja 2013, o 10:23
Płeć: Mężczyzna
Podziękował: 338 razy
Pomógł: 3434 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: kerajs »

mariuszm pisze: kerajs, twoja propozycja prowadzi do rownania jednorodnego
z ktorym nie powinno byc problemow
I właśnie dlatego zastanawiam się czy autor tematu prawidłowo przepisał równanie lub czy nie ma błędu w zbiorze zadań (a wtedy zróżniczkowanie odpowiedzi ujawniłoby tę pomyłkę). Nie byłby to pierwszy przypadek gdy brak/zmiana znaczka, kreseczki itp, mocno skomplikował równanie.
Awatar użytkownika
Mariusz M
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 6953
Rejestracja: 25 wrz 2007, o 01:03
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: 53°02'N 18°35'E
Podziękował: 2 razy
Pomógł: 1254 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: Mariusz M »

Gdy użytkownik profiles/125808.htm
dał ją na innym forum pomyślałem o dwóch rzeczach

1. Podstawienie
2. Czynnik całkujący

\(\displaystyle{ Pleft( x,y
ight) mbox{d}x +Qleft( x,y
ight) mbox{d}y=0}\)


Niech
\(\displaystyle{ x=Xleft( xi,eta
ight)\y=Yleft(xi,eta
ight)}\)


Po podstawieniu otrzymujemy

\(\displaystyle{ left[ Pleft( Xleft( xi,eta
ight),Yleft( xi,eta
ight)
ight) frac{ partial X}{ partial xi} +Qleft( Xleft( xi,eta
ight),Yleft( xi,eta
ight)
ight) frac{ partial Y}{ partial xi}
ight] mbox{d}xi+\left[ Pleft( Xleft( xi,eta
ight),Yleft( xi,eta
ight)
ight) frac{ partial X}{ partial eta} +Qleft( Xleft( xi,eta
ight),Yleft( xi,eta
ight)
ight) frac{ partial Y}{ partial eta}
ight] mbox{d}eta=0}\)


Czynnik całkujący
a) o rozdzielonych zmiennych

\(\displaystyle{ frac{ partial P}{ partial y}- frac{ partial Q}{ partial x}=Qleft( x,y
ight)fleft( x
ight)-Pleft( x,y
ight)gleft( y
ight) \
egin{cases} frac{ mbox{d}varphi}{varphi}=fleft( x
ight) mbox{d}x \ frac{ mbox{d}psi}{psi}=gleft( y
ight) mbox{d}y end{cases} \
muleft( x,y
ight)=varphileft( x
ight)psileft( y
ight)}\)


b) funkcja złożona dwóch zmiennych

Niech

\(\displaystyle{ frac{ frac{ partial P}{ partial y} - frac{ partial Q}{ partial x} }{ frac{ partial omega}{ partial x}Q-frac{ partial omega}{ partial y}P }=varphileft( omega
ight) wedge frac{ partial omega}{ partial x}Q-frac{ partial omega}{ partial y}P
eq 0}\)


\(\displaystyle{ frac{ mbox{d}mu}{mu}=varphileft( omega
ight) mbox{d}omega\
muleft( x,y
ight)=Phileft( omegaleft( x,y
ight)
ight)\}\)




Skoro po podstawieniu otrzymujemy wg Maple równanie Abela to wątpię żeby udało się
względnie łatwo coś znaleźć
somas3k
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 84
Rejestracja: 30 wrz 2013, o 19:16
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Sosnowiec, Polska
Podziękował: 30 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: somas3k »

mam takie samo zadanie i odpowiedź do niego to \(\displaystyle{ x^{2}+y^{2}=C}\). Pomoże wam to coś ?
Awatar użytkownika
kerajs
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 8714
Rejestracja: 17 maja 2013, o 10:23
Płeć: Mężczyzna
Podziękował: 338 razy
Pomógł: 3434 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: kerajs »

Pewnie że tak.
\(\displaystyle{ x^{2}+y^{2}=C \ |'_x\\
2x+2yy'=0\\
y'= \frac{-x}{y} \\
y'= \frac{-x(1- \frac{y}{x} )}{y(1- \frac{y}{x} )}\\
y'= \frac{-x+ y }{y(1- \frac{y}{x} )}\\
y'= \frac{-x}{y(1- \frac{y}{x} )}+ \frac{1}{1- \frac{y}{x} }\\
y'= \frac{1}{1- \frac{y}{x} }-\frac{x}{y(1- \frac{y}{x} )}}\)
.

Ale gdyby odpowiedzią byłoby:
\(\displaystyle{ x^{2}-y^{2}=C \ |'_x\\
2x-2yy'=0\\
y'= \frac{x}{y} \\
y'= \frac{x(1- \frac{y}{x} )}{y(1- \frac{y}{x} )}\\
y'= \frac{x- y }{y(1- \frac{y}{x} )}\\
y'= \frac{x}{y(1- \frac{y}{x} )}- \frac{1}{1- \frac{y}{x} }\\
y'= \frac{-1}{1- \frac{y}{x} }+\frac{x}{y(1- \frac{y}{x} )}}\)
.

Lekka konsternacja, nieprawdaż?

Ps
Co to za zbiór zadań?
somas3k
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 84
Rejestracja: 30 wrz 2013, o 19:16
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Sosnowiec, Polska
Podziękował: 30 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: somas3k »

Nie mam w sumie bladego pojęcia, prowadzący zajęcia z RRIR udostępnił nam taki mały zbiór z zadankami raczej wybieranymi indywidualnie przez niego albo wymyślanymi przez niego więc mógł gdzieś błąd popełnić przy przepisywaniu. W każdym razie po wstawieniu tam x-a zadanie robi się na tyle trywialne, że wstyd je tu wstawiać
Awatar użytkownika
Mariusz M
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 6953
Rejestracja: 25 wrz 2007, o 01:03
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: 53°02'N 18°35'E
Podziękował: 2 razy
Pomógł: 1254 razy

Równanie różniczkowe I-szego rzędu

Post autor: Mariusz M »

\(\displaystyle{ y' = -\frac{1}{1- \frac{y}{x} } + \frac{1}{y- \frac{y^2}{x} }\\
\frac{ \mbox{d}y}{ \mbox{d}x }=-\frac{xy}{yx\left(1-\frac{y}{x} \right) }+\frac{1}{y\left( 1-\frac{y}{x}\right) }\\
\frac{ \mbox{d}y}{ \mbox{d}x }=-\frac{xy}{yx\left(1-\frac{y}{x} \right)}+\frac{x}{xy\left( 1-\frac{y}{x}\right) }\\
\frac{ \mbox{d}y}{ \mbox{d}x }=-\frac{x\left( y-1\right) }{y\left( x-y\right) }\\
\frac{ \mbox{d}y}{ \mbox{d}x }+\frac{x\left( y-1\right) }{y\left( x-y\right) }=0\\
x\left( y-1\right)\mbox{d}x+y\left( x-y\right) \mbox{d}y=0\\
x=\frac{1}{u}\\
y=v\\
\left[ \frac{1}{u}\left(v-1 \right)\left( -\frac{1}{u^2}\right)+v\left( \frac{1}{u}-v \right) \cdot 0 \right] \mbox{d}u+\\
\left[\frac{1}{u}\left(v-1 \right) \cdot 0+v\left( \frac{1}{u}-v \right) \cdot 1 \right]dv=0\\
-\frac{v-1}{u^3} \frac{ \mbox{d}u}{ \mbox{d}v}+v\left( \frac{1}{u}-v \right)=0\\
\frac{ \mbox{d}u}{ \mbox{d}v}-\frac{v-uv^2}{u}\frac{u^3}{v-1}=0\\
\frac{ \mbox{d}u}{ \mbox{d}v}+\frac{v^2}{v-1}u^3-\frac{v}{v-1}u^2=0\\}\)


Maple twierdzi że to jest równanie Abela

Równanie to nie spełnia warunku aby sprowadzić je do rozdzielonych zmiennych
Do Bernoulliego też nie da się go sprowadzić

Kod: Zaznacz cały

https://www.hindawi.com/journals/ijmms/
... 7429/#sec2
ODPOWIEDZ