Løs differensiallikning ved bruk av laplace transformasjon

Her kan du stille spørsmål vedrørende problemer og oppgaver i matematikk på høyskolenivå. Alle som har kunnskapen er velkommen med et svar. Men, ikke forvent at admin i matematikk.net er spesielt aktive her.

Moderatorer: Vektormannen, espen180, Aleks855, Solar Plexsus, Gustav, Nebuchadnezzar, Janhaa

Razzy
Grothendieck
Grothendieck
Innlegg: 819
Registrert: 20/09-2010 14:23
Sted: Bergen

Oppgaven:

Bilde


Mitt løsningsforslag:

[tex]$$L\left[ {y^\prime - y} \right] = L\left[ {{e^{2x}}} \right]$$[/tex]

[tex]$$\left[ {{s^2}Y\left( s \right) - sY\left( 0 \right) - Y^\prime \left( 0 \right)} \right] - Y\left( s \right) = {1 \over {s - 2}}$$[/tex]

Har her benyttet med av reglene; ix, viii og iii (se formelsamling nederst).

[tex]$$\left( {{s^2} - 1} \right)Y\left( s \right) = {1 \over {s - 2}} + sY\left( 0 \right) + Y^\prime \left( 0 \right)$$[/tex]


:?: Fordi [tex]$$Y\left( 0 \right) = 2\; \Rightarrow Y^\prime \left( 0 \right) = 0$$[/tex] ? Deriverte begge sider.

Dette gir meg hvertfall:

[tex]$$\left( {{s^2} - 1} \right)Y\left( s \right) = {1 \over {s - 2}} + 2s$$[/tex]

[tex]$$\left( {{s^2} - 1} \right)Y\left( s \right) = {{1 + 2s\left( {s - 2} \right)} \over {s - 2}}$$[/tex]

[tex]$$Y\left( s \right) = {{\left[ {1 + 2s\left( {s - 2} \right)} \right]\left( {{s^2} - 1} \right)} \over {s - 2}}$$[/tex]

[tex]$$Y\left( s \right) = {{\left[ {2{s^2} - 4s + 1} \right]\left( {{s^2} - 1} \right)} \over {s - 2}}$$[/tex]

[tex]$$s = {{ - \left( { - 4} \right) \pm \sqrt {{{\left( { - 4} \right)}^2} - 4 \cdot 2 \cdot 1} } \over {2 \cdot 2}} = {{4 \pm \sqrt 8 } \over 4} = \left\{ {\matrix{{{{\sqrt 2 } \over 4}} \cr {{{2 - \sqrt 2 } \over 2}} \cr } } \right.$$[/tex]


Ble bare texas det her... Hvor skar det seg? :?


Formelsamlingen:

Bilde
Bygg.ing @ Hib - 2 året.
Nebuchadnezzar
Fibonacci
Fibonacci
Innlegg: 5648
Registrert: 24/05-2009 14:16
Sted: NTNU

For å løse differensiallikningen må du ha informasjon om hva [tex]y \prime(0)[/tex] er.
Et mot eksempel til deriveringen din er for eksempel om

[tex]f(x) = 2e^x [/tex]

Her er [tex]f^\prime(0) = 2[/tex], mens [tex]f^\prime(0) = 2[/tex]!
For å finne [tex]f^\prime(0)[/tex] antar jeg følgende metode kan benyttes. Fra likningen har vi at

[tex]y^\prime(x) - y(x) = e^x[/tex], setter vi inn [tex]x=0[/tex], I likningen får vi

[tex]y^\prime(0) = e^0 + y(0) = 1 + 2 = 3[/tex]

For å løse oppgaven din må du nok benytte deg av delbrøkoppspalting.

Hvorfor forventer du at teller skal ha pene røtter? Det har strengt talt ingen verdens ting med hva laplace-transformasjonen blir.

Og som en liten tillegsnotis, så har du ganget høyresiden med [tex]s^2 - 1[/tex], steden for å dele... =)
Sist redigert av Nebuchadnezzar den 03/12-2012 12:58, redigert 2 ganger totalt.
"Å vite hva man ikke vet er og en slags allvitenhet" - Piet Hein
https://s.ntnu.no/Integralkokeboken
Lektor - Matematikk, Fysikk og Informatikk
Vektormannen
Euler
Euler
Innlegg: 5889
Registrert: 26/09-2007 19:35
Sted: Trondheim
Kontakt:

At [tex]y(0) = 2[/tex] betyr slettes ikke at [tex]y^\prime(0) = 0[/tex]! Ta for eksempel funksjonen [tex]y = x^2+2x + 2[/tex]. Vi har da at [tex]y(0) = 2[/tex], men [tex]y^\prime(0) = 2 \neq 0[/tex]. (Å derivere på begge sider vil jo faktisk gi deg [tex]0 = 0[/tex], siden både [tex]y^\prime(0)[/tex] og [tex]2[/tex] er konstanter.)

For å finne hva [tex]y^\prime(0)[/tex] er bruker du ligningen. Du vet jo at [tex]y^\prime(0) - y(0) = e^{2 \cdot 0)[/tex]. Da kan du jo bare løse for y'(0), ikke sant?

Resten av fremgangsmåten din frem til det punktet der du gjorde dette ser riktig ut. :)

EDIT: Nebu kom meg i forkjøpet ja :>
Elektronikk @ NTNU | nesizer
Razzy
Grothendieck
Grothendieck
Innlegg: 819
Registrert: 20/09-2010 14:23
Sted: Bergen

[tex]$$\left( {{s^2} - 1} \right)Y\left( s \right) = {1 \over {s - 2}} + 2s + 3$$[/tex]

[tex]$$\left( {{s^2} - 1} \right)Y\left( s \right) = {{1 + 2s\left( {s - 2} \right) + 3\left( {s - 2} \right)} \over {s - 2}}$$[/tex]

Bare føler jeg ikke kommer meg til noe delbrøkoppstalting her? :S
Bygg.ing @ Hib - 2 året.
Nebuchadnezzar
Fibonacci
Fibonacci
Innlegg: 5648
Registrert: 24/05-2009 14:16
Sted: NTNU

Forenkle høyresiden. Og dele likningen på [tex]s^2-1[/tex]. Da får du

[tex]Y = \frac{A}{(s-1)(s-1)(s-2)}[/tex]

som du kan utføre en delbrøkoppspalting på..
"Å vite hva man ikke vet er og en slags allvitenhet" - Piet Hein
https://s.ntnu.no/Integralkokeboken
Lektor - Matematikk, Fysikk og Informatikk
Wency
Pytagoras
Pytagoras
Innlegg: 12
Registrert: 16/04-2011 16:16
Sted: Stavanger

Man trenger vel ikke y'(0) når ligningen er av første orden.
Razzy
Grothendieck
Grothendieck
Innlegg: 819
Registrert: 20/09-2010 14:23
Sted: Bergen

[tex]$$\left( {{s^2} - 1} \right)Y\left( s \right) = {{1 + 2{s^2} - 4s + 3s - 6} \over {s - 2}}$$[/tex]


[tex]$$\left( {{s^2} - 1} \right)Y\left( s \right) = {{2{s^2} - s - 5} \over {s - 2}}$$[/tex]


[tex]$$s = {{ - \left( { - 1} \right) \pm \sqrt {{{\left( { - 1} \right)}^2} - 4 \cdot 2 \cdot \left( { - 5} \right)} } \over {2 \cdot 2}} = {{1 \pm \sqrt {41} } \over 4}$$[/tex]


[tex]$$\left( {{s^2} - 1} \right)Y\left( s \right) = {{\left( {s - {{1 - \sqrt {41} } \over 4}} \right)\left( {s - {{1 + \sqrt {41} } \over 4}} \right)} \over {s - 2}}$$[/tex]


Ble jo bare stygt det her da Nebu? :S
Bygg.ing @ Hib - 2 året.
Andreas345
Grothendieck
Grothendieck
Innlegg: 828
Registrert: 13/10-2007 00:33

Nå roter du Razzy. Drukket nok kaffe i dag?:P

[tex]\frac{2s^2-s-5}{(s-1)(s+1)(s-2)}=\frac{A}{s-1}+\frac{B}{s+1}+\frac{C}{s-2}[/tex]
Razzy
Grothendieck
Grothendieck
Innlegg: 819
Registrert: 20/09-2010 14:23
Sted: Bergen

aah, jees hva det jeg holder på med!

Ny kokt kaffe og julekaker er nå på plass :lol:
Bygg.ing @ Hib - 2 året.
Nebuchadnezzar
Fibonacci
Fibonacci
Innlegg: 5648
Registrert: 24/05-2009 14:16
Sted: NTNU

[tex]y^\prime \, - \, y \, = \, e^{2x}\, , \qquad y(0) \, = \, 0[/tex]

Tar laplace av høyre og venstre side av likningen.

[tex][s Y \, - \, y(0) ] - Y \, = \, \frac{1}{s-2}[/tex]

[tex]Y(s - 1) \,=\, \frac{1}{s-2} \, + \, 2[/tex]

[tex]Y \,=\, \frac{1}{(s-1)(s-2)} \, + \, \frac{2}{s-1}[/tex]

Definer så [tex]\lambda(s) \, = \, \frac{1}{(s-1)(s-2)} \, - \, \frac{A}{s-1} \, - \, \frac{B}{s-2}[/tex], dette gir oss

[tex]\lim_{s \to 1} (s-1)\lambda(s) \,=\, 0 \Leftrightarrow \frac{1}{1-2} - A = 0 \ \Rightarrow \ A = - 1[/tex]

[tex]\lim_{s \to 2} (s-2)\lambda(s) \, = \, 0 \Leftrightarrow \frac{1}{2 - 1} - B = 0\ \Rightarrow \ B = 1[/tex]

Altså får vi

[tex]Y \, = \, \frac{1}{s-1} \, + \, \frac{1}{s-2}[/tex]

For å se delbrøkoppspaltingen litt lettere kan du og gjøre følgende

[tex]\frac{1}{(s-1)(s-2)} \,=\, \frac{(s-1) \,-\, (s-2)}{(s-1)(s-2)} \,=\, \frac{s-1}{(s-1)(s-2)} \,-\, \frac{s-2}{(s-1)(s-2)} \,=\, \frac{1}{s-2} \,-\, \frac{1}{s-1}[/tex]

Og det å finne inversen regner jeg med du klarer, siden det bare er å begrave nesen din ned i formelboken.
"Å vite hva man ikke vet er og en slags allvitenhet" - Piet Hein
https://s.ntnu.no/Integralkokeboken
Lektor - Matematikk, Fysikk og Informatikk
Razzy
Grothendieck
Grothendieck
Innlegg: 819
Registrert: 20/09-2010 14:23
Sted: Bergen

Nebu det der ble litt heavy for meg, må vel ete en boks av disse julekakene skal jeg skjønne det der. :shock:

Jeg fikk dette etter å ha løst delbrøkoppspaltingen:

[tex]$$Y\left( s \right) = - {1 \over 3} \cdot {1 \over {s + 1}} + 2 \cdot {1 \over {s - 1}} - {1 \over 3} \cdot {1 \over {s - 2}}$$[/tex]

[tex]$$\underline{\underline {Y\left( t \right) = - {1 \over 3}{e^{ - t}} + 2{e^t} - {1 \over 3}{e^{2t}}}} $$[/tex]


And my work here i finished :lol:
Bygg.ing @ Hib - 2 året.
Vektormannen
Euler
Euler
Innlegg: 5889
Registrert: 26/09-2007 19:35
Sted: Trondheim
Kontakt:

Det stemmer ikke helt. Når jeg setter løsningen din inn så får jeg ikke [tex]e^{2x}[/tex]. Kan det ha skjedd noe slurv et sted?

[Pirk: En annen ting du må passe på er å bruke riktige symboler. y er navnet på funksjonen du skal finne. Det er funksjonen som inngår i den opprinnelige ligningen. Y er navnet på Laplace-transformasjonen til y. Det er y og Y som skiller mellom de to, ikke om det står Y(s) eller Y(t).]
Elektronikk @ NTNU | nesizer
Nebuchadnezzar
Fibonacci
Fibonacci
Innlegg: 5648
Registrert: 24/05-2009 14:16
Sted: NTNU

poenget mitt var at du har [tex]y^{\prime}[/tex] og ikke [tex]y^{\prime\prime}[/tex] som Wency nevnte.

Altså blir din fremgangsmåte feil, og måten jeg gjør delbrøksoppspaltingen min på er kanskje noe rar. Men det er jo ikke det som er poenget i utregningen ;)
"Å vite hva man ikke vet er og en slags allvitenhet" - Piet Hein
https://s.ntnu.no/Integralkokeboken
Lektor - Matematikk, Fysikk og Informatikk
Razzy
Grothendieck
Grothendieck
Innlegg: 819
Registrert: 20/09-2010 14:23
Sted: Bergen

Vektormannen skrev:Det stemmer ikke helt. Når jeg setter løsningen din inn så får jeg ikke [tex]e^{2x}[/tex]. Kan det ha skjedd noe slurv et sted?
Er du enig i at etter jeg har løst deloppspaltingen får jeg:

[tex]$$Y\left( s \right) = - {1 \over 3}\cdot{1 \over {s + 1}} + 2\cdot{1 \over {s - 1}} - {1 \over 3}\cdot{1 \over {s - 2}}$$[/tex]


Hvis jeg forstod deg riktig skal det stå:

[tex]$${y\left( t \right) = - {1 \over 3}{e^{ - t}} + 2{e^t} - {1 \over 3}{e^{2t}}}$$[/tex]


Jeg har hvertfall sjekket delbrøkoppspaltingen - fant ingen feil. Og inverterte ved bruk av formelen iii fra formelarket:

Bilde
Bygg.ing @ Hib - 2 året.
Nebuchadnezzar
Fibonacci
Fibonacci
Innlegg: 5648
Registrert: 24/05-2009 14:16
Sted: NTNU

[tex]\mathcal{L} \left\{ y^\prime \right\} \, = \, s Y \, - \, y(0) [/tex]

[tex]\mathcal{L} \left\{ y^{\prime\prime} \right\} \, = \, s^2 Y \, - \, s y(0) \, - \, y^\prime(0)[/tex]
Sist redigert av Nebuchadnezzar den 03/12-2012 16:04, redigert 1 gang totalt.
"Å vite hva man ikke vet er og en slags allvitenhet" - Piet Hein
https://s.ntnu.no/Integralkokeboken
Lektor - Matematikk, Fysikk og Informatikk
Svar