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Bestimmen Sie die allgemeine reelle Lösung dieses Differentialgleichungssystems 2. Ordnung

y′′ + 4y'+5y=0


Mein Ansatz:

-2 ± \( \sqrt{-4} \)

λ1= -2 + i
λ2= -2 - i

y= e-2x(c1*sin(3i*x) + c2*cos(3i*x)


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korrigiere: e-2x(c1sin(ix) + c2cos(ix))

3 Antworten

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Beste Antwort

hallo

schreibe es als e-2x*(C1eix+C2*e-ix)

dann  kannst du statt C1eix+C2*e-ix   schreiben c1cos(x)+c2(sin(x) da jede Linearkombination von linearen Dgl. wieder eine Lösung ist.

(immer wenn du C1e ix+C2*e-ix  hast macht man das um die reellen Lösungen zu finden) du kannst natürlich auch zeigen dass e-2x*sin(x) unter e-2x*cos(x) Lösungen sind.

Gruß lul

Avatar von 106 k 🚀

Ahh okay ich verstehe, danke für den Tipp! (:

Also ist das dann e-2x(c1cos(x)+c2sin(x)) die reelle Lösung oder?

ja! so ist es.( ja reicht als Kommentar nicht)

lul

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Aloha :)

Die Differentialgleichung$$y''+4y'+5y=0$$führt mit dem Ansatz \(y=e^{\lambda x}\) auf die quadratische Gleichung:$$\lambda^2+4\lambda+5=0\implies (\lambda^2+4\lambda+4)=-1\implies(\lambda+2)^2=i^2\implies\lambda=\pm i-2$$Da alle Linearkombinationen des Ansatzes Lösungen der Differentialgleichung sind, haben wir als allgemeine Lösung:$$y(x)=A\cdot e^{(i-2)x}+B\cdot e^{(-i-2)x}=e^{-2x}\left(Ae^{ix}+Be^{-ix}\right)\quad;\quad A,B\in\mathbb C$$

Damit die Lösungen reell sind, muss der Imaginärteil der Klammer verschwinden. Das tut er genau dann, wenn \(A=B^\ast\) gilt, also die beiden Konstanten komplex konjugiert zueinader sind.

Mit \(A=a+ib\) und \(a,b\in\mathbb R\) wird dann die Klammer aus der Lösung zu:$$\small Ae^{ix}+Be^{-ix}=(a+ib)(\cos x+i\sin x)+(a-ib)(\cos x-i\sin x)=2a\cos x-2b\sin x$$

Die allgemeine reelle Lösung der Differentialgleichung ist daher:$$y(x)=2e^{-2x}\left(a\cos x-b\sin x\right)\quad;\quad a,b\in\mathbb R$$

Avatar von 148 k 🚀

Vielen lieben Dank für diese ausführliche Erklärung!

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Hallo,

->Charakt. Gleichung:

k^2 +4k+5=0

k1,2= -2± √( 4-5)

k1,2= -2± √-1

k1,2= -2±  i

\( y(x)=c_{1} e^{-2 x} \sin (x)+c_{2} e^{-2 x} \cos (x) \)

hierfür gibt es Tabellen, falls ihr sowas benutzen könnt, das brauchst Du nicht jedesmal berechnen:

http://micbaum.y0w.de/uploads/LoesungsansaetzeDGLzweiterOrdnung.pdf

Blatte2 , Punkt 1, Fall 3

Avatar von 121 k 🚀

Ahh super danke! Ich darf zur Prüfung ein handschriftlich beschriftetes DINA4 Blatt mitnehmen, da hilft mir die PDF auf jeden Fall (:

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