Lägg till som läxa
Lägg till som stjärnmärkt
Frågor hjälpmarkerade!
Alla markeringar försvinner.
KURSER /
Matematik 5
/ Differentialekvationer
Homogena differentialekvationer av första ordningen
Innehåll
En differentialekvation är en ekvation som innehåller en funktion och dess derivata. I stället för att lösa för ett tal söker vi här efter en funktion $y$ som uppfyller ekvationen.
En homogen differentialekvation av första ordningen innehåller förstaderivatan $y’$ och kan skrivas på formen $y’ + ay = 0$, där $a$ är en konstant.
Homogen differentialekvation av första ordningen
En ekvation på formen $y’ + ay = 0$ har den allmänna lösningen
$y = Ce^{-ax}$
där $C$ är en godtycklig konstant.
Allmän och partikulär lösning
Den allmänna lösningen $y = Ce^{-ax}$ beskriver en hel familj av lösningar, en för varje värde på konstanten $C$. För att hitta en specifik lösning behöver vi ett begynnelsevillkor, det vill säga ett känt värde på funktionen vid en viss punkt, exempelvis $y(0) = 10$.
När vi använder villkoret för att bestämma $C$ får vi den partikulära lösningen. Det är den enda kurvan av alla möjliga som uppfyller både ekvationen och villkoret.
Lösa en homogen differentialekvation
Metoden består av två steg:
Steg 1
Skriv upp den allmänna lösningen $y = Ce^{-ax}$ med rätt värde på $a$.
Steg 2
Använd begynnelsevillkoret för att bestämma konstanten $C$ och hitta den partikulära lösningen.
Exempel 1
Lös ekvationen $y’ + 3y = 0$ då $y(0) = 10$.
Lösning
Steg 1 – Allmän lösning
Här är $a = 3$, så den allmänna lösningen är
$y = Ce^{-3x}$
Steg 2 – Bestäm $C$ med hjälp av villkoret
Vi vet att $y(0) = 10$, det vill säga att funktionsvärdet är $10$ när $x = 0$. Vi sätter in det i den allmänna lösningen:
$10 = Ce^{-3 \cdot 0} = Ce^{0} = C \cdot 1 = C$
Alltså är $C = 10$.
Partikulär lösning
$y = 10e^{-3x}$
Vi kan kontrollera svaret genom att derivera och sätta in i ursprungsekvationen:
$y’ = -30e^{-3x}$
$y’ + 3y = -30e^{-3x} + 3 \cdot 10e^{-3x} = -30e^{-3x} + 30e^{-3x} = 0$
Exempel 2
Lös ekvationen $y’ – 2y = 0$ då $y(0) = 5$.
Lösning
Steg 1 – Allmän lösning
Vi skriver om ekvationen på standardformen $y’ + ay = 0$. Här är $a = -2$, så den allmänna lösningen är
$y = Ce^{2x}$
Steg 2 – Bestäm $C$ med hjälp av villkoret
$5 = Ce^{2 \cdot 0} = C \cdot 1 = C$
Alltså är $C = 5$.
Partikulär lösning
$y = 5e^{2x}$
Det finns även differentialekvationer som inte är homogena. Man kallar dem inhomogena. Här kan du lära dig med om dem.
Exempel i videon
- Lös differentialekvationen $ y´-y=0 $.
- Ange partikulärlösning och allmän lösning till $y´-6y=0$ om $y(0)=1$.
- I ett badkar badar Sverker och där avtar temperaturen enligt differentialekvationen $ \frac{dy}{dx}=-0,1y $ där $t$ är tiden i minuter. När är temperaturen $ 40 \, °C $ om det från början var $ 50 \, °C $.
Kommentarer
██████████████████████████
████████████████████████████████████████████████████
e-uppgifter (5)
-
1. Premium
Bestäm den allmänna lösningen till $y’ – 3y = 0$.
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Liknande uppgifter: Differentialekvationer Homogena differentialekvationer av första ordningen Matematik 5Rättar... -
2. Premium
Bestäm den allmänna lösningen till $3y’ = 12y $.
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Liknande uppgifter: Differentialekvationer Homogena differentialekvationer av första ordningen Matematik 5Rättar... -
3. Premium
Ange partikulärlösningen till $y’ – 5y = 0$, om $y(0) = 5$.
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Liknande uppgifter: Differentialekvationer Homogena differentialekvationer av första ordningen Matematik 5Rättar... -
4. Premium
Ange partikulärlösningen till $3y’ – 2y = 0$ då $y(0) = 2$.
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Liknande uppgifter: Differentialekvationer Homogena differentialekvationer av första ordningen Matematik 5Rättar... -
5. Premium
Ange partikulärlösningen till $2y’ = 5y$ om $y(0) = 4$.
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Liknande uppgifter: Differentialekvationer Homogena differentialekvationer av första ordningen Matematik 5Rättar...
c-uppgifter (3)
-
6. Premium
Lös differentialekvationen $y’ – ay = 0$, om $y(0) = 3$ och $y'(0) = 6$.
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Liknande uppgifter: Differentialekvationer Homogena differentialekvationer av första ordningen Matematik 5Rättar... -
7. Premium
Stina har precis tagit ut en kall läsk ur kylen ($5°C$) och ställt fram vid datorn. Hur lång tid tar det för läsken att bli rumstempererad ($20°C$) om temperaturförändring kan uttryckas med differentialekvationen $\frac{dy}{dt} = 0,05y$, där $t$ är tiden i minuter och $y$ är temperaturen i celsius?
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Liknande uppgifter: Differentialekvationer Homogena differentialekvationer av första ordningen Matematik 5Rättar... -
8. Premium
En kopp med nybryggt kaffe är $95°C$95°C . Temperaturen avtar sedan med en hastighet som är proportionell mot den temperatur som kaffet har i varje ögonblick. Efter $5$5 minuter har kaffet temperaturen $80°C$80°C.
Hur varmt är kaffet efter $15$15 minuter?
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Liknande uppgifter: Differentialekvationer Homogena differentialekvationer av första ordningen Matematik 5Rättar...
Ki Nyhlen
Formateringen i förklaringen i fråga 4 har fått fnatt.
Sandra Grantelius
Fråga 4 har fel svar markerat
Adi
Hej, Simon jag har fastnat på en uppgift.
En lösningskurva till differentialekvationen 2dy/dx+y=0 går genom punkten (1,2) Bestäm dess ekvation.
Jag började med: 2yprim+y=0, dela allt med 2 och efter det blev det fel. Hur löser man denna uppgift?
petri L
1. uppgift 1 har ingen rätt lösning, ska väll vara 2e (2/3x)
2. Rättningen låser sig.
3. Annars mycket bra kurser !
Jag jobbar som elevassistent på väsby introduktionsgymnasium o väsby nya gymnasium.
Jag tror att de skulle ha mycket nytt av kurserna!
Någon ide/förslag?
/Petri
nti_mae
Funkar inte att spela upp denna men får alla andra att fungera!!
Endast Premium-användare kan kommentera.