TU Wien:Analysis VU (diverse)/Übungen 2024S/Beispiel 401

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Man bestimme die allgemeine Lösung der Differentialgleichung bzw. die Lösung der Anfangswertaufgabe:

y′+11+2xy=2x−3,y(0)=2

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zu (im Falle einer korrekten, unverifizierten Lösung "solved". Auch möglich "unsolved", "wrong", "verified_by_tutor". Alle möglichen Werte sind hier: Vorlage:Beispiel dokumentiert.)

{{Beispiel|status=solved|1=
Angabetext
}}


Lösungsvorschlag von Enrimilan

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Zuerst ein paar Nebenrechnungen die wir später brauchen werden:

−∫dx1+2xdx=−12∫dtt=−12ln|t|+C=−12ln|1+2x|+C=ln|11+2x|+C

∫(2x−3)1+2xdx=∫(2x−3)1+2x1+2xdt=∫(2x−3)(1+2x)dt=∫(2(t2−1)2−3)(1+2(t2−1)2)dt=∫(t4−4t2)dt=t55−4t33+C

∫(2x−3)1+2xdx=(1+2x)55−4(1+2x)33+C

Substitution:

t=1+2x

x=t2−12

dt=221+2xdx

dx=1+2xdt

Lösung der homogenen Gleichung

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y′+11+2xy=0

y′=−11+2xy

dydx=−11+2xy

dyy=−dx1+2xy

∫dyy=−∫dx1+2xy

ln|y|=ln|11+2x|

yh(x)=C1+2x

EDIT: Zeile 4 stimmt nicht, da muss durch y dividiert werden. Somit fällt das y auf der rechten Seite weg

Lösung der inhomogenen Gleichung

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yp(x)=C(x)1+2x

Einsetzen:

C′(x)1+2x−C(x)(1+2x)3+C(x)1+2x(1+2x)=2x−3

C′(x)1+2x=2x−3

C′(x)=(2x−3)1+2x

C(x)=∫(2x−3)1+2xdx

C(x)=(1+2x)55−(1+2x)33

yp(x)=C(x)1+2x=(1+2x)551+2x−4(1+2x)331+2x=(1+2x)25−4(1+2x)3

Lösung der Differentialgleichung

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y=yh(x)+yp(x)=C1+2x+(1+2x)25−4(1+2x)3

y(0)=2

Einsetzen:

2=C1+2∗0+(1+2∗0)25−4(1+2∗0)3

Dann erhält man:

C=4715

Die spezifische Lösung lautet also:

y=47151+2x+(1+2x)25−4(1+2x)3