Andre ordens differensiallikning med trigonometrisk løsning

Del 2, alle hjelpemidler

Andre ordens differensiallikning med trigonometrisk løsning

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En differensiallikning er gitt ved

4y′′+4y′+5y=0
Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Sett opp den karakteristiske likningen, løs denne og bruk løsningen til å bestemme et generelt uttrykk for y.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Finn integrasjonskonstantene når du får vite at y(0)=3 og y(3π4)=0.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Tegn grafen til y=f(x) for x∈[0,3π⟩.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem eventuelle nullpunkter til f og koordinatene til eventuelle topp- og bunnpunkter på grafen til f når x∈[0,3π⟩.

Fasit

y=e−x2(C1cos⁡x+C2sin⁡x)

C1=3,C2=3

Se graf.

Nullpunkter: x=3π4,7π4,11π4. Toppunkter: (0,32,3,23) og (6,60,0,14). Bunnpunkt: (3,46,−0,67).

LøsningsforslagKI-generert

Differensiallikningen er

4y′′+4y′+5y=0

Den karakteristiske likningen er

4r2+4r+5=0

Vi løser med abc-formelen:

r=−4±42−4⋅4⋅52⋅4=−4±−648=−4±8i8=−12±i

Den karakteristiske likningen har altså komplekse røtter r=a±bi med a=−12 og b=1. Løsningen av differensiallikningen er da på formen

y=eax(C1cos⁡(bx)+C2sin⁡(bx))

som gir

y=e−x2(C1cos⁡x+C2sin⁡x)

Vi bruker de to vilkårene y(0)=3 og y(3π4)=0.

Fra y(0)=3:

y(0)=e0(C1cos⁡0+C2sin⁡0)=C1=3

Fra y(3π4)=0, med C1=3:

e−3π8(3cos⁡3π4+C2sin⁡3π4)=0

Siden e−3π8≠0, må parentesen være null. Vi løser dette i CAS.

CAS-løsning av C2

Skjermbildet viser at c=3, altså C2=3. Dermed er

C1=3,C2=3

og funksjonsuttrykket blir

y=f(x)=3e−x2(cos⁡x+sin⁡x)

Vi plotter f(x)=3e−x2(cos⁡x+sin⁡x) for x∈[0,3π⟩ i GeoGebra.

Graf til f

I GeoGebra bruker vi Roots(f, 0, 3pi) til å finne nullpunktene og Extremum(f, 0, 3pi) til å finne topp- og bunnpunktene (se skjermbildet i c).

Nullpunkter: GeoGebra finner nullpunktene x≈2,356, x≈5,498 og x≈8,639. Dette svarer til de eksakte verdiene

x=3π4,7π4,11π4

siden cos⁡x+sin⁡x=0⇔tan⁡x=−1, som har løsninger x=3π4+nπ i det oppgitte intervallet.

Topp- og bunnpunkter: GeoGebra finner tre ekstremalpunkter i intervallet:

(0,322,3,231),(3,463,−0,672),(6,605,0,140)

Ved å følge grafen ser vi at den stiger fra y(0)=3 til det første punktet, som dermed er et toppunkt. Deretter avtar f til det andre punktet (bunnpunkt), før den øker igjen til det tredje punktet (toppunkt), og til slutt avtar mot null. Avrundet til to desimaler:

Toppunkter: (0,32,3,23) og (6,60,0,14)

Bunnpunkt: (3,46,−0,67)

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i matematikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt