Upload
phungbao
View
256
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
UYGULAMALI
DİFERANSİYEL DENKLEMLER
0''' dycybxadxcbyax
Homojen Hale Getirilebilen Diferansiyel Denklemler
Şeklindeki diferansiyel denklem homojen olmamasına rağmen basit bir değişken dönüşümü ile
homojen hale dönüştürülebilir.
0''''
baabba
baolduğu takdirde iki doğru birbirine paraleldir.
0' dycbyaxkdxcbyax şeklinde yazılabilir.
Bu durumda u=ax+by , du=adx+bdy dönüşümü yapılarak denklem homojen diferansiyel
denklem haline dönüştürülebilir.
Örnek
diferansiyel denkleminin genel çözümünü bulunuz. 0263542 dyyxdxyx
03.46.263
42 olduğu için:
0223522 dyyxdxyx şeklinde yazılır.
yxu 2 dydxdu 2 dönüşümü yapılırsa:
02
2352
dxduudxu 02312 duudxu
012
23
du
u
udx 012ln383 Cuux
0122ln3864 Cyxyx
diferansiyel denkleminin genel çözümünü bulunuz. 012'12 xyyxy
01.22.121
21
olduğu için:
xyu 2 1'2' yu dönüşümü yapılırsa:
0122
1'1
u
uu 015'1 uuu
dxduu
u
15
1
dxduu
u
15.5
615
dxduu
du15.5
6
5
1
015ln5
6
5 Cxu
u 01510ln62010 Axyxy
Örnek
0''' dycybxadxcbyax
Homojen Hale Getirilebilen Diferansiyel Denklemler
Şeklindeki diferansiyel denklem homojen olmamasına rağmen basit bir değişken dönüşümü ile
homojen hale dönüştürülebilir.
0''''
baabba
baolduğu takdirde iki doğru (α, β) noktasında kesişir.
Xx Yy
dXdx dYdy
dönüşümü uygulanarak homojen diferansiyel denkleme çevrilir.
diferansiyel denkleminin genel çözümünü bulunuz. 0737373 dxyxdyyx
04049937
73
olduğu için:
doğruları (1,0) noktasında kesişir. 0373 yx 0737 yx
Xx 1 Yy 0
dXdx dYdy dönüşümleri yapılırsa denklem aşağıdaki hale gelir:
YX
XY
dX
dY
73
73
Elde edilen denklem homojen diferansiyel denklemdir.
Örnek
YX
XY
dX
dY
73
73
uXY uXdX
du
dX
dY dönüşümü yapılırsa:
uXX
XuXuX
dX
du
73
73
u
uX
dX
du
73
17 2
X
dXdu
u
u
17
732
dX
Xdu
uu
1
1
5
1
2
7
1
CXuu ln1ln7
51ln
7
2 75211 XuAu
X
Yu dönüşümü yapılırsa: 452
XXYAXY
1 xX yY ters dönüşümü yapılırsa: 452111 xxyAxy
Tam Diferansiyel Denklemler
0,, dyyxQdxyxP şeklindeki diferansiyel denklemde;
x
Q
y
P
şartı gerçeklenirse, bu tip diferansiyel denkleme
Tam Diferansiyel Denklem denir. Çözümü:
yfyxSyfdxyxPyx ,,,
bulunduktan sonra:
yxQyf
y
S
y
yx,'
,
elde edilir. Buradan:
Cyx , eşitliği bulunur.
diferansiyel denkleminin genel çözümünü bulunuz. 0 dyedxey xx
xeyyxP ., xeyxQ ,
xex
Q
y
P
olduğu için denklem tam diferansiyeldir.
yfeyyfdxeyyfdxyxPyx xx ..,,
xx eyfe
y
yx
'
, 0' yf Cyf
Genel çözüm:
Cey x
Örnek
diferansiyel denkleminin genel
çözümünü bulunuz. 0
1cos212sin2 22
dy
yxyxdxxxyxy
12sin2, 2 xxyxyyxP y
xyxyxQ1
cos2, 2
xxyx
Q
y
Psin4
yfdxxxyxyyfdxyxPyx 12sin2,, 2
yfxxxyyxyx 222 cos,
Q
y
yx
,
yxyxyfxyx
1cos2'cos2 22
y
yf1
' yyf ln
Genel çözüm:
Cyxxxyyx lncos 222
Örnek
diferansiyel denkleminin genel çözümünü bulunuz. 02 222 dxbxxydyayx
bxxyyxP 22, ayxyxQ 22,
xx
Q
y
P2
olduğu için denklem tam diferansiyeldir.
yfbxx
yxyfdxbxxyyfdxyxPyx 32,,
322
Q
y
yx
, ayxyfx 222 ' ayyf 2'
ayy
yf 3
3
Genel çözüm:
Cayy
bxx
yx 33
332
Örnek
0,, dyyxQdxyxP
İntegral Çarpanı
şeklindeki diferansiyel denklemde;
x
Q
y
P
şartı gerçeklenmiyorsa bu denklem tam diferansiyel denklem değildir.
Bu denklem λ(x,y) integrasyon çarpanı ile çarpılarak tam diferansiyel denklem haline
dönüştürülebilir.
TAM DİFERANSİYEL HALE GETİRİLEBİLEN DENKLEMLER
0,.,. dyyxQdxyxP
Qx
Py
x
Q
y
P
Py
Qx
İntegral Çarpanının sadece x’in fonksiyonu olması durumu:
x 0
y
olacağına göre;
x
Q
y
P
PQx
.0
Qdx
d
x
Q
y
P
dxQ
x
Q
y
P
d
Örnek
denkleminin integral çarpanını ve genel çözümünü
bulunuz. 02343 223 dyxyxdxyxy
yxyyxP 43),( 3
xyxyxQ 23),( 22
49),( 2
xy
y
yxP
26),( 2
xy
x
yxQ
olduğuna göre verilen denklem
tam dif. denk. değildir.
dxx
dx
xyx
xyxydx
Q
x
Q
y
P
d 1
23
2649
22
22
dxx
d 1
x
02343 223 dyxyxxdxyxyx
02343 22332 dyxyxdxxyyx denklemi tam diferansiyel denklemdir.
dxxyyxyx 43),( 32
)(2),( 233 yfyxyxyx
),(),(
yxQy
yx
223233
23)(2
xyxy
yfyxyx
223223 23)('23 xyxyfxyx 0)(' yf Cyf )(
Cyxyx 233 2
Genel çözüm:
İntegral Çarpanının sadece y’nin fonksiyonu olması durumu:
y 0
x
olacağına göre;
x
Q
y
P
Py
Q
.0
Pdy
d
x
Q
y
P
dyP
x
Q
y
P
d
Örnek
denkleminin integral çarpanını ve genel çözümünü
bulunuz. 0323
2 dyxydxyxy
yxyyxP 23),(
23),( xyyxQ
yxy
yxP43
),(
xyx
yxQ66
),(
olduğuna göre verilen denklem
tam dif. denk. değildir.
dyy
d 1
y
dyy
dyyxy
xyyxdy
P
x
Q
y
P
d 1
23
66432
denklemi tam diferansiyel denklemdir.
dxyxyyx 32 23),(
)(22
3),( 322 yfxyyxyx
),(),(
yxQy
yx
2
322
3
)(22
3
xyyy
yfxyyx
yxxyyyfxyyx 22322 363)('63 33)(' yyf Cyyf 4
4
3)(
Genel çözüm:
032322 dyxyydxyxy
Cyxyyx 4322
4
32
2
3
y
)(')( xhyxgyxf
1. Mertebeden Lineer Diferansiyel Denklemler
şeklindeki diferansiyel denkleme lineer denir.
Bu denklem f(x) ile bölünürse:
şeklindeki genel lineer denklem formu elde edilir.
Bu tipteki denklemlerin çözümünde üç ayrı yol izlenir:
LİNEER DENKLEMLER
)(' xQyxPy
A) y=uv dönüşümü ile çözüm
B) µ=µ(x) şeklinde x’e bağlı integrasyon çarpanı ile çözümü
C) Sabitin değişimi metodu ile çözüm: C(x)
Örnek
denkleminin genel çözümünü y=uv dönüşümü ile bulunuz. xxyy 2cottan.'
uvy ''' uvvuy
0cottan.'' 2 xxuvuvvu
0cot'tan' 2 xuvvxuu
0
0tan' xuu dxxu
du.tan
xu cos
0cot' 2 xuv
0cotcos' 2 xxv
xCv
sin
1
xx
Cuvy cossin
1
A) y=uv dönüşümü ile çözüm:
Örnek
denkleminin genel çözümünü y=uv dönüşümü ile bulunuz. xyxy '
uvy ''' uvvuy
xuvxuvvu ''
xuvvuxu ''
0
0' uxu xdxu
du
2
2x
eu
0'2
2
xvex
0' 2
2
x
xev
Cevx
2
2
Ceeuvyxx
22
22
Örnek
denkleminin genel çözümünü µ=µ(x) integrasyon çarpanı ile
bulunuz. 22 2'1 xxyyx
021 22 dxxxydyx
Genel çözüm:
PdxxμdxexQCey xμxμ )( )( )()(
11
2'
2
2
2
x
xy
x
xy )(' xQyxPy
dxex
xCey
dxx
xdx
x
x
1
2
2
2
1
222
1
dxe
x
xeCey xxx 1ln
2
21ln1ln 222
1
dxxxx
Cy 2
22 1
1
1
131 2
3
2
x
x
x
Cy
B) µ=µ(x) şeklinde x’e bağlı integrasyon çarpanı ile çözümü:
Örnek
denkleminin genel çözümünü sabitin değişimi metodu ile bulunuz. 2
2' xexyy
Öncelikle denklemin sağ tarafsız çözümü bulunur:
02' xyy xdxy
dy2 Cxy 2ln
2xCey
Daha sonra C sabiti C(x) şeklinde seçilerek:
2xexCy
22
2'' xx exCexCy
2222
22' xxxx eexxCexxCexC 22
' xx eexC
1' xC AxxC
Genel çözüm: 2xeAxy
C) Sabitin değişimi metodu ile çözüm: C(x)
Örnek
denkleminin genel çözümünü sabitin değişimi metodu ile bulunuz. 1
1
1
1'
22
xy
xy
Öncelikle denklemin sağ tarafsız çözümü bulunur:
01
1'
2
y
xy
12
x
dx
y
dyCxy arctanln
xCey arctan
Daha sonra C sabiti C(x) şeklinde seçilerek:
xexCy arctan xx exCx
exCy arctan
2
arctan
1
1''
1
1
1
1
1
1'
2
arctan
2
arctan
2
arctan
xexC
xexC
xexC xxx
1
1'
2
arctan
xexC x
xex
xC arctan
2 1
1'
AexC x arctan
Genel çözüm: 1arctanarctanarctan xxx AeeAey