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Aufgabe:

Bestimme die allgemeine Lösung von:

\( x^{\prime}+\frac{x}{t}=t^{2} \)



Problem/Ansatz:

\( x^{\prime}=\frac{x}{t}=0 \)
\( \frac{d x}{d t}+\frac{x}{t}=0 |-\frac{x}{t} \)
\( \frac{d x}{d t}=\frac{-x}{t} \quad|\cdot d t|: d x \)
\( \frac{d x}{x}=-\frac{1}{t} \) dt \( \quad \) integrieren
\( \ln |x|=-\ln |t|+c \)
\( |x|=-t+c^{e} \)
$$ x=-t+c $$

Ist das korrekt? Bin mir unsicher

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Aloha :)

$$\left.x'+\frac{x}{t}=0\quad\right|\;:x\quad\text{ für } x\ne0$$$$\left.\frac{x'}{x}+\frac{1}{t}=0\quad\right|\;-\frac{1}{t}$$$$\left.\frac{x'}{x}=-\frac{1}{t}\quad\right|\;\int\cdots$$$$\left.\ln|x|=-\ln|t|+c=\ln\frac{1}{|t|}+c_1\quad\right|\;e^\cdots\;\;;\;\;c_1=\text{const}$$$$\left.e^{\ln|x|}=e^{\ln\frac{1}{|t|}+c_1}=e^{\ln\frac{1}{|t|}}\cdot e^{c_1}\quad\right|\;\text{vereinfachen}$$$$\left.|x|=\frac{1}{|t|}\cdot c\quad\right|\;c:=e^{c_1}=\text{const}$$$$x=\frac{c}{t}\quad\;;\quad c=\text{const}$$Beachte, dass insbesondere \(x(t)=0\) eine Lösung der homogenen DGL ist.


Da noch die Nachfrage nach der allgemeinen Lösung kam, habe ich meine Antwort ab hier ergänzt...

Zur Lösung der allgemeinen DGL$$x'+\frac{x}{t}=t^2$$nutzen wir die Lösung der homogenen DGL und variieren die darin enthaltene Konstante \(c\) mit der Zeit. Das heißt, wir betrachten nun \(c=c(t)\) als zeitabhängige Funktion. Dann finden wir für die Ableitung der homogenen Lösung nach der Quotientenregel:$$x'(t)=\left(\frac{c(t)}{t}\right)'=\frac{c'(t)\cdot t-c(t)\cdot1}{t^2}=\frac{c'(t)}{t}-\frac{c(t)}{t^2}$$Diese Ableitung setzen wir in die DGL ein:

$$t^2=x'+\frac{x}{t}=\underbrace{\frac{c'(t)}{t}-\frac{c(t)}{t^2}}_{=x'(t)}+\frac{1}{t}\cdot\underbrace{\frac{c}{t}}_{=x(t)}=\frac{c'(t)}{t}$$$$\Rightarrow\quad c'(t)=t^3\quad\Rightarrow\quad c(t)=\frac{t^4}{4}+c_0$$Wir übernehmen dies in die Lösung und finden:$$x(t)=\frac{c}{t}=\frac{\frac{t^4}{4}+c_0}{t}=\frac{t^3}{4}+\frac{c_0}{t}$$Die Konstante \(c_0\) wird durch die Anfangsbedingungen festgelegt.

Probe:$$x'+\frac{x}{t}=\frac{3}{4}t^2-\frac{c_0}{t^2}+\frac{t^2}{4}+\frac{c_0}{t^2}=t^2\quad\checkmark$$

Avatar von 152 k 🚀

wenn das die Lösung der homogenen Lösung ist, wie sieht dann die allgemeine Lösung aus? Wie sehen die nächsten Schritte aus?

wenn das die Lösung der homogenen Lösung ist, wie sieht dann die allgemeine Lösung aus? Wie sehen die nächsten Schritte aus?


Weiter Frage zu:

−ln|| =ln1||

muss man das minus vor dem ln nicht beachten??

Das Minuszeichen vor dem Logarithmus wurde "verarbeitet", indem der Kehrwert des Arguments vom Logarithmus genommen wurde:$$-\ln|t|=(-1)\cdot\ln(|t|)=\ln\left(|t|^{-1}\right)=\ln\left(\frac{1}{|t|}\right)$$Die allgemeine Lösung habe ich oben in meiner Antwort ergänzt.

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