Gewöhnliche Differenzialgleichungen leicht gemacht!

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Balla, Jochen 1969- (VerfasserIn)
Format: Buch
Sprache:German
Veröffentlicht: Berlin Springer Spektrum [2022]
Ausgabe:2. Auflage
Schriftenreihe:Lehrbuch
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adam_text 1 DIFFERENZIALGLEICHUNGEN ERSTER ORDNUNG .............................................. 1 1.1 DEFINITION UND GRUNDBEGRIFFE ........................................................ 2 1.2 RICHTUNGSFELD UND NUMERISCHE LOESUNG .......................................... 7 1.2.1 IDEE DER NUMERISCHEN LOESUNG ........................................... 10 1.2.2 UNTERSCHIEDLICHE EINSCHRITTVERFAHREN ................................. 12 1.2.3 BEISPIEL ZUR NUMERISCHEN LOESUNG ...................................... 14 1.3 SEPARABLE GLEICHUNGEN .................................................................. 16 1.4 LINEARE GLEICHUNGEN ERSTER ORDNUNG ............................................ 21 1.4.1 HOMOGENE GLEICHUNG ........................................................ 21 1.4.2 INHOMOGENE GLEICHUNG: VARIATION DER KONSTANTEN ............. 21 1.5 ALLGEMEINE BEMERKUNG ZUR LOESUNG EINER DIFFERENZIALGLEICHUNG . 26 UEBUNGSAUFGABEN .................................................................................... 28 2 EIGENSCHAFTEN DER LOESUNGEN .................................................................... 31 2.1 DIFFERENZIALGLEICHUNGSSYSTEME ERSTER ORDNUNG ............................. 32 2.2 EXISTENZ UND EINDEUTIGKEIT EINER LOESUNG ....................................... 36 2.2.1 LIPSCHITZ-STETIGKEIT ............................................................. 36 2.2.2 EINDEUTIGKEITSSATZ ................................................................ 40 2.2.3 EXISTENZSATZ ....................................................................... 45 2.3 DIFFERENZIALGLEICHUNGEN HOEHERER ORDNUNG ..................................... 47 2.3.1 ZURUECKFUEHRUNG AUF EIN SYSTEM ERSTER ORDNUNG .................. 49 2.3.2 LOESBARKEIT UND EINDEUTIGKEIT .............................................. 52 2.4 LINEARE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN .................................................... 54 2.4.1 BEISPIEL: EULER-DIFFERENZIALGLEICHUNG ............................... 58 2.4.2 BEISPIEL: LEGENDRE-DIFFERENZIALGLEICHUNG .......................... 60 UEBUNGSAUFGABEN .................................................................................... 69 3 BEISPIEL: FREIE GEDAEMPFTE SCHWINGUNG ................................................. 73 3.1 DIFFERENZIALGLEICHUNG DER GEDAEMPFTEN SCHWINGUNG .................... 74 3.2 EXPONENTIALANSATZ UND CHARAKTERISTISCHE GLEICHUNG ..................... 76 3.3 UNGEDAEMPFTE SCHWINGUNG: A = .................................................... 78 XI XII INHALTSVERZEICHNIS 3.4 SCHWACHE DAEMPFUNG: 0 A WO ................................................. 80 3.5 APERIODISCHER GRENZFALL: L = WO ................................................... 82 3.6 STARKE DAEMPFUNG: U .................................................................... 84 3.7 UEBERSICHT ........................................................................................ 85 UEBUNGSAUFGABEN .................................................................................... 88 4 LINEARE DGLS MIT KONSTANTEN KOEFFIZIENTEN ......................................... 91 4.1 DEFINITION UND GRUNDBEGRIFFE ......................................................... 92 4.2 HOMOGENE GLEICHUNG ...................................................................... 94 4.2.1 FUNDAMENTALSATZ DER ALGEBRA ......................... 95 4.2.2 NUR EINFACHE NULLSTELLEN ...................................................... 99 4.2.3 ALLGEMEINER FALL ................................................................... 103 4.2.4 BEWEIS DES HAUPTSATZES FUER HOMOGENE GLEICHUNGEN .... 105 4.3 INHOMOGENE GLEICHUNG ..................................................................... 109 4.3.1 FORM DER INHOMOGENITAET ........................................................ 109 4.3.2 KEINE RESONANZ .................................................................... 112 4.3.3 RESONANZ ................................................................................ 117 4.3.4 REELLE GLEICHUNGEN REELL LOESEN? ........................................... 121 4.3.5 ANALYTISCHE LOESUNG MIT EINEM COMPUTERPROGRAMM .......... 121 UEBUNGSAUFGABEN ....................................................................................... 123 5 BEISPIEL: ERZWUNGENE SCHWINGUNG ............................................................. 125 5.1 DIFFERENZIALGLEICHUNG DER ERZWUNGENEN SCHWINGUNG ..................... 126 5.2 UNGEDAEMPFTE SCHWINGUNG ................................................................. 128 5.2.1 FALL 92 - W 0 .......................................................................... 128 5.2.2 FALL 92 = WO: RESONANZ ......................................................... 130 5.3 GEDAEMPFTE SCHWINGUNG ................................................................... 131 UEBUNGSAUFGABEN ....................................................................................... 139 6 AUSBLICK: EINE PARTIELLE DIFFERENZIALGLEICHUNG ....................................... 141 6.1 DIFFERENZIALGLEICHUNG DER SCHWINGENDEN SAITE ............................... 142 6.2 SEPARATIONSANSATZ .............................................................................. 143 6.2.1 LOESUNG DER SEPARIERTEN GLEICHUNGEN .................................... 145 6.2.2 EINZELLOESUNGEN UND SUMMEN ................................................. 147 6.3 ANFANGSBEDINGUNGEN DER ANGEZUPFTEN SAITE ..................................... 149 6.3.1 ENTWICKLUNG IN EIGENFUNKTIONEN ............................................ 151 6.3.2 BEISPIEL: LINEARES MITTIGES ANZUPFEN .................................... 153 UEBUNGSAUFGABEN ....................................................................................... 159 A KOMPLEXE ZAHLEN ................................................................................................ 161 A.L KOERPER DER KOMPLEXEN ZAHLEN ........................................................... 161 A.1.1 DEFINITION ............................................................................... 161 A.L. 2 ZUSAMMENHANG MIT REELLEN ZAHLEN ....................................... 162 INHALTSVERZEICHNIS XIII A.2 EIGENSCHAFTEN KOMPLEXER ZAHLEN .................................................... 163 A.2.1 KOMPLEXE KONJUGATION ........................................................ 164 A.2. 2 BETRAG .................................................................................... 165 A.2. 3 FUNDAMENTALSATZ DER ALGEBRA ................................................. 167 A.3 EXPONENTIALREIHE UND EULER-FORMEL ............................................... 167 A.3.1 EIGENSCHAFTEN DER EXPONENTIALREIHE ...................................... 167 A.3.2 EULER-FORMEL .......................................................................... 168 A.4 POLARKOORDINATEN .............................................................................. 171 A.4.1 MULTIPLIKATION KOMPLEXER ZAHLEN ......................................... 173 A.4.2 N-TE EINHEITSWURZELN ............................................................. 174 B LOESUNGEN DER UEBUNGSAUFGABEN ...................................................................... 179 STICHWORTVERZEICHNIS .............................................................................................. 205
adam_txt 1 DIFFERENZIALGLEICHUNGEN ERSTER ORDNUNG . 1 1.1 DEFINITION UND GRUNDBEGRIFFE . 2 1.2 RICHTUNGSFELD UND NUMERISCHE LOESUNG . 7 1.2.1 IDEE DER NUMERISCHEN LOESUNG . 10 1.2.2 UNTERSCHIEDLICHE EINSCHRITTVERFAHREN . 12 1.2.3 BEISPIEL ZUR NUMERISCHEN LOESUNG . 14 1.3 SEPARABLE GLEICHUNGEN . 16 1.4 LINEARE GLEICHUNGEN ERSTER ORDNUNG . 21 1.4.1 HOMOGENE GLEICHUNG . 21 1.4.2 INHOMOGENE GLEICHUNG: VARIATION DER KONSTANTEN . 21 1.5 ALLGEMEINE BEMERKUNG ZUR LOESUNG EINER DIFFERENZIALGLEICHUNG . 26 UEBUNGSAUFGABEN . 28 2 EIGENSCHAFTEN DER LOESUNGEN . 31 2.1 DIFFERENZIALGLEICHUNGSSYSTEME ERSTER ORDNUNG . 32 2.2 EXISTENZ UND EINDEUTIGKEIT EINER LOESUNG . 36 2.2.1 LIPSCHITZ-STETIGKEIT . 36 2.2.2 EINDEUTIGKEITSSATZ . 40 2.2.3 EXISTENZSATZ . 45 2.3 DIFFERENZIALGLEICHUNGEN HOEHERER ORDNUNG . 47 2.3.1 ZURUECKFUEHRUNG AUF EIN SYSTEM ERSTER ORDNUNG . 49 2.3.2 LOESBARKEIT UND EINDEUTIGKEIT . 52 2.4 LINEARE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN . 54 2.4.1 BEISPIEL: EULER-DIFFERENZIALGLEICHUNG . 58 2.4.2 BEISPIEL: LEGENDRE-DIFFERENZIALGLEICHUNG . 60 UEBUNGSAUFGABEN . 69 3 BEISPIEL: FREIE GEDAEMPFTE SCHWINGUNG . 73 3.1 DIFFERENZIALGLEICHUNG DER GEDAEMPFTEN SCHWINGUNG . 74 3.2 EXPONENTIALANSATZ UND CHARAKTERISTISCHE GLEICHUNG . 76 3.3 UNGEDAEMPFTE SCHWINGUNG: A = . 78 XI XII INHALTSVERZEICHNIS 3.4 SCHWACHE DAEMPFUNG: 0 A WO . 80 3.5 APERIODISCHER GRENZFALL: L = WO . 82 3.6 STARKE DAEMPFUNG: U . 84 3.7 UEBERSICHT . 85 UEBUNGSAUFGABEN . 88 4 LINEARE DGLS MIT KONSTANTEN KOEFFIZIENTEN . 91 4.1 DEFINITION UND GRUNDBEGRIFFE . 92 4.2 HOMOGENE GLEICHUNG . 94 4.2.1 FUNDAMENTALSATZ DER ALGEBRA . 95 4.2.2 NUR EINFACHE NULLSTELLEN . 99 4.2.3 ALLGEMEINER FALL . 103 4.2.4 BEWEIS DES HAUPTSATZES FUER HOMOGENE GLEICHUNGEN . 105 4.3 INHOMOGENE GLEICHUNG . 109 4.3.1 FORM DER INHOMOGENITAET . 109 4.3.2 KEINE RESONANZ . 112 4.3.3 RESONANZ . 117 4.3.4 REELLE GLEICHUNGEN REELL LOESEN? . 121 4.3.5 ANALYTISCHE LOESUNG MIT EINEM COMPUTERPROGRAMM . 121 UEBUNGSAUFGABEN . 123 5 BEISPIEL: ERZWUNGENE SCHWINGUNG . 125 5.1 DIFFERENZIALGLEICHUNG DER ERZWUNGENEN SCHWINGUNG . 126 5.2 UNGEDAEMPFTE SCHWINGUNG . 128 5.2.1 FALL 92 - W 0 . 128 5.2.2 FALL 92 = WO: RESONANZ . 130 5.3 GEDAEMPFTE SCHWINGUNG . 131 UEBUNGSAUFGABEN . 139 6 AUSBLICK: EINE PARTIELLE DIFFERENZIALGLEICHUNG . 141 6.1 DIFFERENZIALGLEICHUNG DER SCHWINGENDEN SAITE . 142 6.2 SEPARATIONSANSATZ . 143 6.2.1 LOESUNG DER SEPARIERTEN GLEICHUNGEN . 145 6.2.2 EINZELLOESUNGEN UND SUMMEN . 147 6.3 ANFANGSBEDINGUNGEN DER ANGEZUPFTEN SAITE . 149 6.3.1 ENTWICKLUNG IN EIGENFUNKTIONEN . 151 6.3.2 BEISPIEL: LINEARES MITTIGES ANZUPFEN . 153 UEBUNGSAUFGABEN . 159 A KOMPLEXE ZAHLEN . 161 A.L KOERPER DER KOMPLEXEN ZAHLEN . 161 A.1.1 DEFINITION . 161 A.L. 2 ZUSAMMENHANG MIT REELLEN ZAHLEN . 162 INHALTSVERZEICHNIS XIII A.2 EIGENSCHAFTEN KOMPLEXER ZAHLEN . 163 A.2.1 KOMPLEXE KONJUGATION . 164 A.2. 2 BETRAG . 165 A.2. 3 FUNDAMENTALSATZ DER ALGEBRA . 167 A.3 EXPONENTIALREIHE UND EULER-FORMEL . 167 A.3.1 EIGENSCHAFTEN DER EXPONENTIALREIHE . 167 A.3.2 EULER-FORMEL . 168 A.4 POLARKOORDINATEN . 171 A.4.1 MULTIPLIKATION KOMPLEXER ZAHLEN . 173 A.4.2 N-TE EINHEITSWURZELN . 174 B LOESUNGEN DER UEBUNGSAUFGABEN . 179 STICHWORTVERZEICHNIS . 205
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