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Ordnung: Lösungsformel für inhomogene DGL 1. Ordnung Anker zu dieser Formel Beispiel: Variation der Konstanten auf den RL-Schaltkreis anwenden Illustration: Eine RL-Schaltung. Betrachte einen Schaltkreis aus einer Spule, die durch die Induktivität \(L\) charakterisiert wird und einen in Reihe geschalteten elektrischen Widerstand \(R\). Dann nehmen wir noch eine Spannungsquelle, die uns die Spannung \(U_0\) liefert, sobald wir den Schaltkreis mit einem Schalter schließen. Dann fließt ein zeitabhängiger Strom \(I(t)\) durch die Spule und den Widerstand. Der Strom hat nicht sofort seinen maximalen Wert, sondern nimmt aufgrund der Lenz-Regel langsam zu. Mithilfe der Kirchoff-Regeln können wir folgende DGL für den Strom \(I\) aufstellen: Homogene DGL erster Ordnung für den RL-Schaltkreis Anker zu dieser Formel Denk dran, dass der Punkt über dem \(I\) die erste Zeitableitung bedeutet. Das ist eine inhomogene lineare DGL 1. Dgl 1 ordnung aufgaben mit lösungen. Ordnung. Das siehst du am besten, wenn du diese DGL in die uns etwas bekanntere Form 1 bringst.
Sie ist natürlich Null. Das ist ja die Definition einer homogenen DGL. Der zweite Summand fällt also komplett weg: Homogene DGL hebt sich weg Die Gleichung kannst du jetzt nach dem unbekannten Koeffizienten \(C'(x)\) umstellen: Nach der Ableitung der Konstante C umstellen Anker zu dieser Formel Um jetzt nur noch die Ableitung \(C'(x)\) zu eliminieren, müssen wir beide Seiten über \(x\) integrieren: Gleichung auf beiden Seiten integrieren Anker zu dieser Formel Die rechte Seite können wir nicht konkret integrieren, weil \(S(x)\) je nach Problem unterschiedlich ist. Deshalb lassen wir die rechte Seite einfach so stehen. Die linke Seite dagegen lässt sich integrieren. Lineare Differentialgleichungen erster Ordnung - Mathepedia. Wenn du \(C'(x)\) integrierst, dann bekommst du \(C(x)\), denn, wie du weißt, die Integration ist quasi die Umkehrung einer Ableitung. Vergiss auch nicht die Integrationskonstante, nennen wir sie \(B\): Ergebnis der Integration Anker zu dieser Formel Bringen wir die Integrationskonstante auf die rechte Seite und definieren eine neue Konstante \(A:= -B\): Konstante beim Ergebnis der Integration zusammenfassen Anker zu dieser Formel Wenn du jetzt nur noch den herausgefundenem Koeffizienten \(C(x)\) in den ursprünglichen Ansatz 2 einsetzt, dann bekommst du die allgemeine Lösung einer gewöhnlichen inhomogenen linearen DGL 1.
Vor die Exponentialfunktion kommt lediglich \(\frac{L}{R}\) als Faktor dazu. Und die Integrationskonstante verstecken wir in der Konstante \(A\): Integral der inhomogenen Lösungsformel der VdK berechnen Anker zu dieser Formel Und schon haben wir die allgemeine Lösung. Diese können wir durch das Ausmultiplizieren der Klammer noch etwas vereinfachen. Dgl 1 ordnung aufgaben mit lösung 4. Die Exponentialfunktion kürzt sich bei einem Faktor weg: Allgemeine Lösung der inhomogenen DGL der RL-Schaltung Anker zu dieser Formel Um eine auf das Problem zugeschnittene Lösung zu bekommen, das heißt, um die unbekannte Konstante \(A\) zu bestimmen, brauchen wir eine Anfangsbedingung. Wenn wir sagen, dass der Zeitpunkt \( t = 0 \) der Zeitpunkt ist, bei dem der Strom \(I\) Null war, weil wir den Schalter noch nicht betätigt haben, dann lautet unsere Anfangsbedingung: \( I(0) = 0 \). Einsetzen in die allgemeine Lösung: Anfangsbedingungen in allgemeine Lösung einsetzen Anker zu dieser Formel und Umstellen nach \(A\) ergibt: Konstante mithilfe der Anfangsbedingung bestimmen Damit haben wir die konkrete Gesamtlösung erfolgreich bestimmt: Spezifische Lösung der inhomogenen DGL der RL-Schaltung Anker zu dieser Formel Jetzt weißt du, wie lineare inhomogene Differentialgleichungen 1.
Ordnung gelöst werden können. In der nächsten Lektion schauen wir uns an, wie wir noch kompliziertere Differentialgleichungen mit dem sogenannten Exponentialansatz bewältigen können.
Diese können wir schnell mithilfe der Lösungsformel 3 für die homogene Version der DGL berechnen: Lösungsformel für homogene DGL des RL-Schaltkreises Anker zu dieser Formel Die Konstante \(C\) in der Lösungsformel dürfen wir hier weglassen, weil wir sie später eh durch die Konstante \(A\) berücksichtigen, die in der inhomogenen Lösungsformel 12 steckt. Der Koeffizient \(\frac{R}{L}\) ist konstant und eine Konstante integriert, bringt lediglich ein \(t\) ein. Die homogene Lösung lautet also: Lösung der homogenen DGL für den RL-Schaltkreis Anker zu dieser Formel Setzen wir sie schon mal in die inhomogene Lösungsformel ein: Homogene Lösung in die inhomogene Lösungsformel der VdK eingesetzt Anker zu dieser Formel Beachte, dass '1 durch Exponentialfunktion', die ein Minus im Exponenten enthält einfach der Exponentialfunktion ohne das Minuszeichen entspricht. Jetzt müssen wir das Integral in 19 berechnen. Hier ist \(\frac{U_0}{L}\) eine Konstante und kann vor das Integral gezogen werden. Dgl 1 ordnung aufgaben mit lösung pdf. Und bei der Integration der Exponentialfunktion bleibt sie erhalten.
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