lineus.nb
Esimerkit : Lineaariset yhtälöt

Eulerin yhtälön muuntaminen vakiokertoimiseksi

Mathematicaa voidaan käyttää yleisen Eulerin yhtälön muuntamiseen vakiokertoimiseksi yhtälöksi sijoituksella [Graphics:Images/lineus_gr_1.gif]. Seuraava esitys toimii periaatteessa mille tahansa kertaluvulle [Graphics:Images/lineus_gr_2.gif]. Jos [Graphics:Images/lineus_gr_3.gif], alkaa laskenta kuitenkin vaatia varsin paljon resursseja.

Syötetään Eulerin yhtälön kertaluku ja muodostetaan yhtälö:

[Graphics:Images/lineus_gr_4.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_5.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_6.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_7.gif]

Sijoituksen seurauksena syntyy uusi tuntematon funktio [Graphics:Images/lineus_gr_8.gif]. Funktiot [Graphics:Images/lineus_gr_9.gif] ja [Graphics:Images/lineus_gr_10.gif] toisiinsa sitova yhtälö talletetaan nimelle sijyhtalo:

[Graphics:Images/lineus_gr_11.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_12.gif]

Tätä yhtälöä derivoidaan muuttujan [Graphics:Images/lineus_gr_13.gif] suhteen [Graphics:Images/lineus_gr_14.gif] kertaa, jotta saadaan vastaavat derivaattojen väliset yhtälöt; nämä kerätään listaksi:

[Graphics:Images/lineus_gr_15.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_16.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_17.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_18.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_19.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_20.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_21.gif]

Tuntemattomat, ts. funktion [Graphics:Images/lineus_gr_22.gif] derivaatat kerätään omaksi listakseen, jossa muuttujaksi otetaan [Graphics:Images/lineus_gr_23.gif]:

[Graphics:Images/lineus_gr_24.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_25.gif]

Jotta alkuperäinen differentiaaliyhtälö saadaan muunnetuksi funktiota [Graphics:Images/lineus_gr_26.gif] koskevaksi, yhtälöryhmästä ratkaistaan funktion [Graphics:Images/lineus_gr_27.gif] derivaatat ja sijoitetaan nämä differentiaaliyhtälöön; muuttujaksi otetaan [Graphics:Images/lineus_gr_28.gif]:

[Graphics:Images/lineus_gr_29.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_30.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_31.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_32.gif]

Tällöin on saatu Eulerin yhtälöä vastaava vakiokertoiminen yhtälö. Jotta tämä hahmottuisi selkeämmin, termit kootaan funktion [Graphics:Images/lineus_gr_33.gif] derivaattojen mukaan ryhmiteltyinä:

[Graphics:Images/lineus_gr_34.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_35.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_36.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_37.gif]

Collect-funktiota ei voida kohdistaa suoraan yhtälöön, vaan ainoastaan sen vasempaan puoleen vakiokertyht[[1]], mikä tuo syötteisiin ylimääräistä monimutkaisuutta. Toisaalta kaikki syötteet voidaan pakata myös yhdelle riville ja muutoinkin hyödyntää Mathematican ohjelmointikielen piirteitä:

[Graphics:Images/lineus_gr_38.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_39.gif]

Saadun yhtälön vasemmasta puolesta voidaan myös poimia eri derivaattojen kertoimet ja esittää nämä taulukkona:

[Graphics:Images/lineus_gr_40.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_41.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_42.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_43.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_44.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_45.gif]
[Graphics:Images/lineus_gr_46.gif]

Kertoimet ovat todellakin vakioita.


Ratkaiseminen: Eulerin yhtälön muuntaminen vakiokertoimiseksi ja ratkaiseminen
Teoria: yhtälön muuntaminen sijoituksella

SKK 30.04.2001