Chapter 1: Problem 13
Bestimme die allgemeine Lösung der DGl \(3 y^{2} y^{\prime}-2 y^{3}=x+1\)
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Chapter 1: Problem 13
Bestimme die allgemeine Lösung der DGl \(3 y^{2} y^{\prime}-2 y^{3}=x+1\)
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Wie lautet die Lösung des Anfangswertproblems $$ y^{\prime \prime}=y^{\prime} \cdot(y+1), \quad y(0)=0, \quad y^{\prime}(0)=\frac{1}{2} ? $$
Bestimme die allgemeinen Lösungen der DGln (a) \(x y^{\prime}=y \cdot \ln \left|\frac{y}{x}\right|(x>0)\); (b) \(y^{\prime}=(2 x+2 y-1)^{2}\)
Gegeben sei die DGl $$ y^{\prime}(x)-k y(x)=0, \quad k \in \mathbb{R} $$ (a) Zeige, daB \(y(x)=C \mathrm{e}^{k x}(C \in \mathbb{R}\) beliebig) der DGl genügt. (b) Weise nach, daB jede weitere Lösung \(\tilde{y}(x)\) der DGl notwendig die in (a) auftretende Gestalt besitzt: Anleitung: Betrachte den Quotienten \(\frac{\tilde{y}(x)}{\mathrm{e}^{k x}}\)
Best?tige durch nachrechnen: \(\left[\mathrm{e}^{-t} \cos t, \mathrm{e}^{-t} \sin t\right]^{T}, t \in \mathbb{R}\), ist eine Lösung des Systems $$ \left\\{\begin{array}{l} \dot{x}_{1}=-x_{1}-x_{2} \\ \dot{x}_{2}=x_{1}-x_{2} \end{array}\right. $$ Welcher Orbit entspricht dieser Lösung?
Sei \(\varphi(t)\) die zu den Anfangsbedingungen \(\varphi(0)=0, \varphi^{\prime}(0)=\varphi_{1}>0\) gehörende Lösung der Pendelgleichung $$ m l \varphi^{\prime \prime}(t)=-m g \sin \varphi(t) $$ und \(E=\frac{m}{2} l^{2} \varphi_{1}^{2}\) die zugeh?rige (kinetische) Energie des Pendels zum Zeitpunkt \(t=0 . Z \mathrm{Zu}\) einem beliebigen Zeitpunkt \(t\) ergibt sich \(E\) als Summe aus kinetischer und potentieller Energie der Pendelmasse: $$ E=\frac{m}{2} l^{2}\left[\varphi^{\prime}(t)\right]^{2}+m g l[1-\cos \varphi(t)] $$ (s. Abschn. 1.3.3, Anwendung II). Beweise unter der Voraussetzung, daB die Gesamtenergie gröBer ist als die maximale potentielle Energie (d.h. \(E>2 m g l\) ): (a) Die Lösung \(\varphi(t)\) der Pendelgleichung existiert für alle \(t\) und ist eine ungerade Funktion. Ferner gilt \(\varphi^{\prime}(t)>0\) für alle \(t\) und \(\lim _{t \rightarrow \pm \infty} \varphi(t)=\pm \infty\) (b) Es gibt genau eine reelle Zahl \(\tau\) mit \(\varphi(\tau)=2 \pi\) (benutze (a)). Welchen Wert besitzt \(\varphi^{\prime}(\tau)\) ? (c) Für alle \(t\) gilt: \(\varphi(t+\tau)=\varphi(t)+2 \pi\). Anleitung: Zeige, daB sowohl \(\varphi_{0}(t):=\varphi(t+\tau)\) als auch \(\psi_{0}(t):=\varphi(t)+2 \pi\) der Pendelgleichung mit gemeinsamen Anfangsdaten genügt. (d) Die Bewegung $$ \left[\begin{array}{c} x(t) \\ y(t) \end{array}\right]=\left[\begin{array}{l} l \cos \varphi(t) \\ l \sin \varphi(t) \end{array}\right] $$ der Pendelmasse ist periodisch mit der Periode \(\tau\) (benutze (c)). Gib einen Integralausdruck für \(\tau\) an.
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