Alcuni esercizi sulle equazioni di erenziali

Documenti analoghi
EQUAZIONI DIFFERENZIALI Esercizi svolti. y = xy. y(2) = 1.

Risolvere i problemi di Cauchy o trovare l integrale generale delle seguenti equazioni differenziali del II ordine lineari a coefficienti costanti:

Soluzioni. 152 Roberto Tauraso - Analisi Risolvere il problema di Cauchy. { y (x) + 2y(x) = 3e 2x y(0) = 1

TEMI D ESAME DI ANALISI MATEMATICA I

Prima prova in itinere di Analisi Matematica 2 Ingegneria Elettronica. Politecnico di Milano. A.A. 2017/2018. Prof. M. Bramanti.

EQUAZIONI DIFFERENZIALI. 1. Trovare tutte le soluzioni delle equazioni differenziali: (a) x = x 2 log t (d) x = e t x log x (e) y = y2 5y+6

EQUAZIONI DIFFERENZIALI Esercizi svolti. y = xy. y(2) = 1.

Sistemi differenziali 2 2: esercizi svolti. 1 Sistemi lineari Stabilità nei sistemi lineari

Alcuni esercizi sulle equazioni differenziali (Le soluzioni sono alla fine)

a) Il denominatore dev essere diverso da zero. Studiamo il trinomio x 2 5x + 6. Si ha: x 1,2 = 5 ± se x ], 2[ ]3, + [;

Ingegneria civile - ambientale - edile

Equazioni differenziali Corso di Laurea in Scienze Biologiche Istituzioni di Matematiche A.A Dott.ssa G. Bellomonte

1) D0MINIO. x x 4x + 3 Determinare il dominio della funzione f (x) = x Deve essere

Argomento 14 Esercizi: suggerimenti

SOLUZIONI COMPITO del 1/02/2013 ANALISI MATEMATICA I - 9 CFU INGEGNERIA MECCANICA - INGEGNERIA ENERGETICA INGEGNERIA AMBIENTE e TERRITORIO TEMA A

7. Equazioni differenziali

Politecnico di Milano Ingegneria Industriale Analisi e Geometria 1 Seconda prova in itinere 31 gennaio 2011

Esercitazioni di Matematica

Analisi Matematica 2 Ingegneria Gestionale Docenti: B. Rubino e R. Sampalmieri L Aquila, 21 marzo 2005

Matematica II. Risolvere o integrare una e.d. significa trovarne tutte le soluzione, che costituiscono il cosidetto integrale generale.

Prova scritta di Analisi Matematica 1 Prima parte, Tema A Ingegneria dell Energia, Univ. di Pisa COGNOME: NOME: MATR.: RISPOSTE:

Equazioni differenziali

Esercizi svolti sugli integrali

Equazioni differenziali del secondo ordine a coefficienti costanti Un equazioni differenziale del secondo ordine a coefficienti costanti è del tipo

ESERCIZI SULLE EQUAZIONI DIFFERENZIALI

EQUAZIONI DIFFERENZIALI / ESERCIZI SVOLTI

ESERCITAZIONE 9: INTEGRALI DEFINITI. CALCOLO DELLE AREE E ALTRE APPLICAZIONI

Campo di Esistenza. Il campo di esistenza di una funzione f è il dominio più grande su cui ha significato la legge f.

1) Applicando la definizione di derivata, calcolare la derivata in x = 0 delle funzioni: c) x + 1 d)x sin x.

Esercizi per il corso di Metodi di Matematici per l Ingegneria

Soluzioni dello scritto di Analisi Matematica II - 10/07/09. C.L. in Matematica e Matematica per le Applicazioni

SOLUZIONI COMPITO A. 3. Imponendo la condizione iniziale y(0) = 1 e, si ricava C = 0, quindi la soluzione cercata sarà. y(x) + 1 = exp(e x x2 2 1)

Analisi 4 - SOLUZIONI (compito del 29/09/2011)

ESERCIZI SULLE EQUAZIONI DIFFERENZIALI

a) Osserviamo innanzi tutto che dev essere x > 0. Pertanto il dominio è ]0, + [. b) Poniamo t = log x. Innanzi tutto si ha:

Equazioni differenziali. f(x, u, u,...,u (n) )=0,

y (b) f(x, y) = y log x sin x (c) f(x, y) = tan y (d) f(x, y) = e x y (f) f(x, y) = cos(x 2 + y 2 )

Università degli Studi di Salerno - Facoltà di Ingegneria Matematica II - Prova Scritta - 09/06/2006

Analisi Vettoriale A.A Soluzioni del foglio 5. y = y 2, dy y 2 = x

{ x + 2y = 3 αx + 2y = 1 αx + y = 0. f(x) = e x 2 +3x+4 x 5. f(x) = x 3 e 7x.

Integrali inde niti. F 2 (x) = x5 3x 2

Prova in itinere di Matematica Pisa, 26 novembre 2005

Prova in itinere di Matematica Pisa, 26 novembre 2005

ANALISI MATEMATICA INGEGNERIA GESTIONALE PROF. GIACOMELLI ESEMPI DI ESERCIZI D ESAME

Potenze, esponenziali e logaritmi 1 / 34

Equazioni differenziali lineari del secondo ordine a coefficienti costanti

ESERCIZI DI ANALISI II Ingegneria Civile e dei Trasporti (M-Z) a.a. 2006/2007

Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Anno Accademico 2012/2013 Analisi Matematica 1

Soluzioni degli esercizi

Politecnico di Milano Ingegneria Industriale Analisi e Geometria 1 Secondo compito in itinere 3 Febbraio 2014

Analisi Matematica I per Ingegneria Gestionale, a.a Scritto del secondo appello, 1 febbraio 2017 Testi 1

Esercizi svolti. a 2 x + 3 se x 0; determinare a in modo che f risulti continua nel suo dominio.

Esponenziali e logaritmi (M.Simonetta Bernabei & Horst Thaler)

y 3y + 2y = 1 + x x 2.

Sistemi differenziali: esercizi svolti. 1 Sistemi lineari Sistemi lineari

Es. 1: 6 punti Es. 2: 12 punti Es. 3: 6 punti Es. 4: 6 punti Es. 5: 3 punti Totale. sin x arctan x lim. 4 x 2. f(x) = x 2

Scritto d esame di Analisi Matematica II

Analisi Matematica II Corso di Ingegneria Gestionale Compito del f(x, y) = e (x3 +x) y

Estremi vincolati, Teorema del Dini.

ẋ 1 = 2x 1 + (sen 2 (x 1 ) + 1)x 2 + 2u (1) y = x 1

EQUAZIONI DIFFERENZIALI Esercizi con soluzione

Istituzioni di Matematiche, Integrali fratti. corso di laurea in Scienze geologiche. Mauro Costantini

ANALISI MATEMATICA 3

Soluzioni Analisi Matematica

I appello - 24 Marzo 2006

ESERCIZI SUI SISTEMI LINEARI

Equazioni e disequazioni algebriche. Soluzione. Si tratta del quadrato di un binomio. Si ha pertanto. (x m y n ) 2 = x 2m 2x m y n + y 2n

Matematica e Statistica (A-E, F-O, P-Z)

Analisi Matematica I DISEQUAZIONI Risposte Pagina Es. 1 Es. 2 Es. 3 Es. 4 Es. 5 1

Equazioni differenziali II. Elisabetta Colombo

DERIVATE SUCCESSIVE E MATRICE HESSIANA

Corsi di Laurea in Ingegneria Elettronica e Telecomunicazioni.

LOGARITMI ED ESPONENZIALI

Soluzioni. 1. Calcolare la parte reale e immaginaria del numero complesso. z = i i. 3 (2 + i) = i i = i.

SOLUZIONI COMPITO del 16/01/2009 ANALISI 1 - MECCANICA + ELETTRICA 9 CFU CALCOLO DIFF. e INT. I+II - MECCANICA 11 CFU TEMA A

Calcolo integrale. Regole di integrazione

1 Equazioni Differenziali

Analisi Matematica 2: Esercizi su Equazioni Ordinarie

EQUAZIONI DIFFERENZIALI / ESERCIZI SVOLTI

Corsi di Laurea in Matematica e in Fisica. Prova scritta di Analisi Matematica I. Lecce, 12.IX.2016

Raccolta degli Scritti d Esame di ANALISI MATEMATICA U.D. 2 assegnati nei Corsi di Laurea di Fisica, Fisica Applicata, Matematica

ANALISI MATEMATICA PER IL CdL IN INFORMATICA ESERCIZI SULLE DISEQUAZIONI

Appunti di matematica per le Scienze Sociali Parte 1

Esponenziali e logaritmi (M.Simonetta Bernabei & Horst Thaler)

Calcolo letterale. 1. Quale delle seguenti affermazioni è vera?

Prove scritte di Analisi I - Informatica

Analisi Matematica e Geometria 1

SIMULAZIONE TEST ESAME - 1

Laurea triennale in Informatica Corso di Analisi matematica (A) a.a. 2007/08 9 giugno 2008

Analisi I Ingegneria Chimica e Aerospaziale 1 o compitino

Esercizi svolti sui sistemi lineari

Esponenziali e logaritmi (M.Simonetta Bernabei & Horst Thaler)

Esercizi su: insiemi, intervalli, intorni. 4. Per ognuna delle successive coppie A e B di sottoinsiemi di Z determinare A B, A B, a) A C d) C (A B)

A Analisi Matematica 1 (Corso di Laurea in Informatica e Bioinformatica) Simulazione compito d esame

Ripasso delle matematiche elementari: esercizi proposti

Esercizi di Analisi Matematica

Scritto d esame di Analisi Matematica I

Compiti d Esame A.A. 2005/2006

ESERCIZI sui VETTORI

Università degli Studi di Bergamo Matematica II (5 e 7,5 crediti) 18 febbraio 2010 Tema A

Transcript:

Alcuni esercizi sulle equazioni di erenziali Calcolo dell integrale generale Per ciascuna delle seguenti equazioni di erenziali calcolare l insieme di tutte le possibili soluzioni. SUGGERIMENTO: Ricordatevi di fare la verifica: sostituite la soluzione cercata nell equazione e verificate che l equazione stessa è soddisfatta. Ad esempio, per l equazione y 0 +5y = 0, l integrale generale è dato da yx) =C e 5x +. La verifica consiste nel sostituire yx) = C e 5x +dacuiy 0 = 5C e 5x ) nell equazione ricavando. y 0 3y + 4 = 0,. y 0 xy =x 3. y 0 +5y =sinx) 4. y 0 = x log + x ) 5. y 0 = x+)y xx+) 5C e 5x +5 C e 5x + = 0. 6. y 0 = y x logx) x logx) 7. y 0 +3xy = x 3 8. y 0 = x y x Problemi ai valori iniziali a) Per ciascuno dei seguenti problemi calcolare l unica soluzione che soddisfa sia l equazione sia le condizioni iniziali. SUGGERIMENTO: Ricordatevi di fare la verifica, sostituite la soluzione cercata nell equazione e nelle condizioni iniziali e verificate che entrambe sono soddisfatte. Ad esempio, per l equazione y 0 +5y = 0, y0) = 4,

la soluzione è data da yx) =e 5x +. La verifica consiste nel sostituire yx) = e 5x +dacuiy 0 = 0 e 5x ) nell equazione ricavando 0 e 5x +5 e 5x + = 0, e nel sostituire yx) =e 5x + nella condizione iniziale ricavando. y 0 y = 8, y0) = 0; y0) = + = 4.. y 0 xy = 0, y) = ; 3. y 0 = y x +3x, y) = per x [, +); 4. y 0 +8y =6e x, y0) = 3; 5. y 0 +5y = 6 cosx), y0) = 6. b) Data l equazione di erenziale, dipendente dal paramentro reale k, y 0 = 3xy + kx, y0) = 0, si determini k in modo che yx) x per x! 0. SOLUZIONE: Si tratta di un equazione di erenziale lineare e si ottiene immediatamente l integrale generale: yx) = k 3 + C e 3 x C R. Imponendo la condizione y0) = 0 si ottiene C = yx) = k 3 e 3 x. La soluzione deve soddisfare quindi k e 3 x x per x! 0. 3 k/3. La soluzione cercata è quindi Poichè quindi e 3 x = 3 x + ox ) per x! 0, yx) = k x + ox ) per x! 0. Dunque la soluzione y è determinata dalla condizione k =, ossia k =. c) Trovare, al variare di R, la soluzione dell equazione di erenziale y 0 =+ )y e x, per cui y0) = 3. Stabilire, successivamente, per quali valori di il seguente integrale improprio converge Z + 0 yx)dx.

SOLUZIONE: L equazione da risolvere è un equazione di erenziale lineare e si ottiene immediatamente l integrale generale: R Z R yx) = e + )dx e + )dx e x )dx =e + )x e x + C =e x +C e x, C R. Imponendo la condizione y0) = 3 si ottiene 3 = + C, ossia C =. La soluzione è dunque L integrale improprio yx) = e x +e x. Z + 0 e x +e +)x dx, converge se e solo se l esponente dell esponenziale che prevale è negativo, ossia deve risultare + < 0. Pertanto l integrale converge se <.

EQUAZIONI DIFFERENZIALI E SISTEMI Esercizi svolti. Determinare la soluzione dell equazione di erenziale t + )x 0 + x =0.. Risolvere il problema di Cauchy x 0 + t tan x =0 x0) =. 3. Determinare a per cui xt) =te at è una soluzione di tx 00 tx 0 x =0. 4. Trovare la soluzione generale delle equazione lineare sin t)x 0 + cos t)x = e t. 5. Risolvere il problema di Cauchy x 0 x = x0) = 0. 6. Determinare la soluzione di x 00 x 0 8x =0, x) = x 0 ) = 0 e il suo valore in x =0. 7. Determinare una soluzione particolare di x 00 4x 0 +5x = e t + cos t)+5t. 8. Risolvere il problema x 00 x = te t x0) = 0 = x 0 0).

EQUAZIONI DIFFERENZIALI E SISTEMI Esercizi svolti - SOLUZIONI. Se x non è identicamente nullo, abbiamo Quindi, x 0 x = +t ) Z dx x = xt) = Z dt +t ) x = arctan t + c arctan t + c, c costante. L equazione ammette anche la soluzione xt)=0 che corrisponde a c = ±).. Separando le variabili, x 0 tan x = t ) Z cos x sin x dx = Z t dt ) lnsin x) = t + c ) sin x = ae t /, dove c, a = e c sono costanti. Ponendo la condizione iniziale si ottiene a =, e quindi la soluzione del problema di Cauchy risulta essere xt) = arcsine t / ). 3. Sostituendo x = te at nell equazione si ha t[e at a t a)] t[e at at )] [ te at ]=0 ) a a )t + a)t =0. I coe cienti di t e t devono annullarsi, quindi a =. 4. Divido per sin t e ottengo x 0 + cos t sin t x = da cui, applicando la formula integrale, si ottiene xt) =e At) Z c + et sin t, e t sin t eat) dt, dove At) = R cos t sin t dt = lnsin t), e quindi xt) = Z c + sin t e t dt = c + et sin t. 5. Applicando la formula integrale si ottiene xt) =e At) x 0 + Z t e As) ds. t 0 In questo caso, t 0 =0, x 0 =0,e At) = R )dt = t. Quindi, xt) =e t 0+[ e s ] t 0 = e t e t )=e t. Lo stesso risultato segue dal fatto che, moltiplicando l equazione originale per e At) = e t si ottiene d dt e t x)=e t.

6. Il polinomio caratteristico è 8 = 4) + ) e le radici sono 4,. La soluzione generale dell equazione è perciò c e 4t + c e t e le condizioni iniziali danno c e 4 + c e = 4c e 4 c e ) c =c e 6 ) c = 3 =0 e 4. Quindi xt) = 3 e4t 4 + 3 e t,ex0) = 3 e 4 +e ). 7. Risolviamo prima l equazione omogenea Lx) = 0 dove Lx) sta per x 00 4x 0 +5x. Il polinomio caratteristico p )= 4 + 5 ha radici complesse =4± p 4)/ =± i, e quindi la soluzione generale è e t c sin t+c cos t). Per determinare una soluzione particolare basta trovare soluzioni particolari per le equazioni Lx) =e t, Lx) =e t cos t e Lx) =5t e poi sommarli: Per l equazione Lx) = e t si cerca una soluzione nella forma xt) = ae t. Sostituendo nell equazione Lx) =e t si ottiene la condizione a =, e quindi la soluzione particolare e t. Siccome e t cos t è soluzione di Lx) = 0, l equazione Lx) = e t cos t ha una soluzione particolare nella forma xt) =te t b sin t + b cos t). Sostituendo nell equazione Lx) = e t cos t si ottiene la soluzione particolare t sin t e t. Per l equazione Lx) =5t, si cerca una soluzione nella forma xt) =c + c t + c 3 t. Sostituendo nell equazione Lx) =5t si ottiene la soluzione particolare xt) = 5 + 8 5 t + t. Una soluzione particolare dell equazione originale è quindi : xt) =e t + t sin t + 5 + 8 5 t + t. Notare che a tale funzione si può sempre aggiungere una qualsiasi combinazione lineare di e t sin t e e t cos t e si ottiene comunque una soluzione particolare dell equazione originale. 8. Il polinomio caratteristico è e quindi l equazione omogenea Lx) = 0 ha soluzione generale c e t + c e t. Essendo e t soluzione di Lx) = 0 cerco la soluzione particolare nella forma xt) =ta + a t)e t. Sostituendo nell equazione Lx) =te t si ottiene la soluzione particolare 4 tet + 4 t e t. Tutte le soluzioni dell equazione originale sono quindi xt) =c e t + c e t 4 tet + 4 t e t. Le condizioni iniziali danno origine alle due condizioni c + c =0ec c 4 c = 8 = c. La soluzione del problema di Cauchy è = 0, cioè xt) = 8 [et e t te t +t e t ].