DGL Welches Anwendungsverfahren?

Aufrufe: 963     Aktiv: 13.05.2020 um 16:16

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Hallo,

 

Ich stocke gerade bei dieser DGL.. Welches Verfahren muss ich hier anwenden?

Es ist natürlich Linear aber ich verstehe nicht wie ich anfangen soll..

Dgl
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\[    a\sin(t)\frac{dx}{dt} -x = 0 \Leftrightarrow  a\sin(t)\frac{dx}{dt} = x \\ \Leftrightarrow a\sin(t)dx = xdt \Leftrightarrow  \frac{dx}{x}= \frac{dt}{a\sin(t)} = \frac{1}{a}\csc(t) dt \\ \Leftrightarrow \int \frac{dx}{x} = \int \frac{1}{a}\csc(t) dt \Leftrightarrow ln|x| + C = \frac{1}{a} \int \csc(t) \cdot \frac{csc(t)-cot(t)}{csc(t)-cot(t)} dt \\ \Leftrightarrow ln|x| + C = \frac{1}{a} \int \frac{(csc^2(t)-cot(t)csc(t))dt}{csc(t)-cot(t)} \]

Sei nun \( u=csc(t)-cot(t) \Rightarrow \frac{du}{dt}=(-cot(t)csc(t)-(-csc^2(t))) \Rightarrow du=(csc^2(t)-cot(t)csc(t))dt \)

\[ \Rightarrow ln|x| + C = \frac{1}{a} \int \frac{(csc^2(t)-cot(t)csc(t))dt}{csc(t)-cot(t)} \\ \Leftrightarrow ln|x| + C = \frac{1}{a} \int \frac{du}{u} \\ \Leftrightarrow ln|x| + C = \frac{1}{a}ln|u| = \frac{1}{a}ln|csc(t)-cot(t)| \\ \Leftrightarrow e^{ln|x| + C} = e^{\frac{1}{a}ln|csc(t)-cot(t)|} \\ \Leftrightarrow Kx = (csc(t)-cot(t))^{\frac{1}{a}} \\ \Leftrightarrow x(t) = k \sqrt[a]{csc(t)-cot(t)} \]

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Könntest du die Formeln umbrechen? Das macht LaTeX nicht von alleine. Mir sprengt es den Bildschirm.   ─   digamma 13.05.2020 um 16:07

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Der Ansatz Trennung der Variablen führt auf

\[\frac{\mathrm{d}x}x = \frac{\mathrm{d}t}{a \sin t}\]

Ich weiß aber nicht, wie man die rechte Seite integriert.

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Jede stetige Funktion hat eine Stammfunktion.   ─   digamma 08.05.2020 um 20:22

Doch, jede stetige Funktion hat eine Stammfunktion. Denn jede stetige Funktion ist intergrierbar und die Integralfunktion `J_af(x) = int_a^x f(t) dt` ist nach dem Hauptsatz der Differenzial- und Integralrechnung eine Stammfunktion.
Diese Stammfunktion ist nur oft nicht elementar darstellbar. Das ist der Fall bei `e^(x^2)`.
  ─   digamma 12.05.2020 um 21:07

Wie würdest du denn eine Stammfunktion definieren?   ─   chrispy 12.05.2020 um 22:43

Eine Funktion `F` heißt Stammfunktion von `f`, wenn sie überall differenzierbar ist und für alle `x` gilt: `F'(x) = f(x)`. Das steht so in jedem Mathematikbuch.

Ich zitiere mal aus Martin Barner, Friedrich Flohr: Analysis I, 4. Auflage, de Gruyter 1991, S. 365:
"Hauptsatz der Differential- und Integralrchnung:
Satz: Für stetiges `f` ist die durch `F(x) = int_a^x f(t) dt` definierte Funktion `F` differenzierbar und es gilt `F' = f`. Die Funktion `F` ist also eine Stammfunktion von `f`."
  ─   digamma 12.05.2020 um 23:25

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Der Begriff der Stammfunkttion ist ein Synonym für unbestimmtes Integral, was völlig verschieden gegenüber dem bestimmten Integral ist, dass als Grenzwert von ober- und Untersumme definiert ist. Über den Hauptsatz der Differenzial- und Integralrechnung wird aber ein Zusammenhang zwischen beiden Bildungen hergestellt. Das ist nicht nur meine Meinung, sondern wohl allgemein richtig. Genauer habe ich das in meinen Videos zur Integralrechnung dargelegt.

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Schwachsinn.   ─   chrispy 13.05.2020 um 00:12

siehe Antwort von Digamma.   ─   chrispy 13.05.2020 um 13:38

Aber bei der ganzen Diskussion geht es doch um die Existenz! Darüber, ob man diese Stammfunktion durch elementare Funktionen darstellen kann, geht es doch gar nicht. Genauso wäre es falsch zu sagen, dass der Vektorraum \(C(\mathbb R) \) (stetige Funktionen auf \(\mathbb R\) mit der Standardtopologie) keine Basis hat, nur weil man sie nicht explizit darstellen kann.   ─   chrispy 13.05.2020 um 13:56

Das weiß ich nicht, mir ging es nur darum ihre Aussage als falsch zu entlarven.   ─   chrispy 13.05.2020 um 14:10

\[ \int e^{x^2} dx =\int \sum_{k=0}^{\infty} \frac{(x^2)^k}{k!} dx = \sum_{k=0}^{\infty} \int \frac{x^{2k}}{k!} dx = \sum_{k=0}^{\infty} \frac{x^{2k+1}}{(2k+1)k!} \]
Und ja eine Potenzreihe ist eine Funktion, sonst müsste man die ganze Definition der Exponentialfunktion fallenlassen.
  ─   madmaxwell 13.05.2020 um 14:14

danke   ─   chrispy 13.05.2020 um 14:15

Den Konvergenzradius \( R=\infty \) gibts noch gratis obendrauf und Summation und Integration darf hier vertauscht werden, da die Folge der Partialsummen \( S_{N}(x) \)schön gleichmäßig gegen \(e^{x^2}\) konvergiert.   ─   madmaxwell 13.05.2020 um 14:31

Leider scheint diese Antwort Unstimmigkeiten zu enthalten und muss korrigiert werden. Professorrs wurde bereits informiert.
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Falls es jemand nicht lesen kann. Bei mir ist es komischerweise schon kompiliert.

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