Løsningsfamilier til homogen differensiallikning

Del 2, alle hjelpemidler

Løsningsfamilier til homogen differensiallikning

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

Du skal besvare enten alternativ I eller alternativ II. De to alternativene er likeverdige ved vurderingen.

Alternativ II

Vi har gitt differensiallikningen

y′−xx2−1⋅y=0derx≠−1 og x≠1
Hjelpemiddelkrav: Krever PC

Vis at y=C1−x2 er en løsning når x∈⟨−1,1⟩.

Skisser grafene til y for C=1 og for C=−1.

Velg andre verdier for C og skisser grafene til y. Kommenter.

Hjelpemiddelkrav: Krever PC

Vis at y=Cx2−1 er en løsning når x∈⟨←,−1⟩∪⟨1,→⟩.

Velg ulike verdier for C og skisser grafene til y. Kommenter.

Hjelpemiddelkrav: Krever PC

Løs differensiallikningen ved regning

y′−2x2−1⋅y=0nåry(0)=C

Velg ulike verdier for C, og tegn de tilhørende grafene til y.

Fasit

y′=−Cx1−x2=xx2−1⋅y

y′=Cxx2−1=xx2−1⋅y

y=C⋅1−x1+x,x∈⟨−1,1⟩

LøsningsforslagKI-generert

Vi har differensiallikningen

y′−xx2−1⋅y=0⟺y′=xx2−1⋅y

Vi skal vise at y=C1−x2 er en løsning når x∈⟨−1,1⟩.

Vi deriverer y med produkt-/kjerneregelen:

y′=C⋅−2x21−x2=−Cx1−x2

Så setter vi y inn på høyre side av differensiallikningen:

xx2−1⋅y=xx2−1⋅C1−x2=Cx1−x2−(1−x2)=−Cx1−x2

Dette er nøyaktig det samme uttrykket som y′, altså er likningen oppfylt for alle x∈⟨−1,1⟩ og alle C. CAS bekrefter dette i utklippet under (linje 1–3): f′(x) og xx2−1⋅f(x) forenkler til samme uttrykk.

CAS-verifisering av a), b) og c)

og 3) Grafene til y=C1−x2 er øvre/nedre halvdeler av ellipser med toppunkt (0,C) og nullpunkter i x=±1. For C=1 (blå) får vi den øvre halvsirkelen med radius 1, og for C=−1 (rød) den nedre halvsirkelen. Andre verdier, for eksempel C=2 (oransje) og C=−0,5 (grønn), gir tilsvarende halv-ellipser som er «flatere» eller «høyere» — men alle har samme nullpunkter x=±1 siden faktoren 1−x2 er felles for alle løsningene.

Løsningsfamilien y = C·√(1-x²)

Vi skal vise at y=Cx2−1 er en løsning når x∈⟨←,−1⟩∪⟨1,→⟩.

Vi deriverer:

y′=C⋅2x2x2−1=Cxx2−1

Vi setter y inn på høyre side:

xx2−1⋅y=xx2−1⋅Cx2−1=Cxx2−1x2−1=Cxx2−1

Dette stemmer overens med y′, så y=Cx2−1 er en løsning på de aktuelle intervallene (bekreftet med CAS på linje 4–6 i utklippet over).

Grafene består av to grener, symmetriske om y-aksen, som starter i (±1,0) og går mot ±∞. For C>0 (blå, C=1, og oransje, C=0,5) stiger grenene, mens for C<0 (rød, C=−1) synker de. Jo større |C|, jo brattere grener.

Løsningsfamilien y = C·√(x²-1)

Vi skal løse

y′−2x2−1⋅y=0,y(0)=C

Dette er en separabel differensiallikning:

dyy=2x2−1dx

Vi delbrøkoppspalter 2x2−1=1x−1−1x+1 og integrerer begge sider:

ln⁡|y|=ln⁡|x−1|−ln⁡|x+1|+K=ln⁡|x−1x+1|+K
y=A⋅x−1x+1,A=±eK

Initialbetingelsen x∈⟨−1,1⟩ (siden y(0)=C krever x=0 i definisjonsmengden). Vi setter inn x=0:

y(0)=A⋅0−10+1=−A=C⇒A=−C

Dermed blir løsningen

y=−C⋅x−1x+1=C⋅1−x1+x,x∈⟨−1,1⟩

CAS bekrefter dette på linje 7–10 i utklippet: h′(x) og 2x2−1⋅h(x) forenkler til samme uttrykk −2C(x+1)2, og h(0)=C som krevd.

Grafene til y=C⋅1−x1+x på ⟨−1,1⟩ starter (i grensen x→−1+) mot ±∞ og avtar mot 0 ved x=1. For C=1 (blå) og C=2 (oransje) er kurvene positive og synkende, mens for C=−1 (rød) er kurven negativ og voksende (speilbildet om x-aksen). Alle grafene passerer (0,C), i tråd med initialbetingelsen.

Løsningsfamilien til initialverdioppgaven

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