Eulersche DGL

Aufrufe: 775     Aktiv: 17.12.2019 um 11:07

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Hallo!

Dieses Mal soll ich zeigen, dass die Eulersche Differentialgleichung

$$y^{(n)}(x) + \sum\limits_{j=0}^{n-1}a_{j}x^{j-n}y^{(j)}(x)=b(x), \; x\gt0 $$

für die Substitution \(w(t)=y(e^{t})\) mit \(n=1,2,3\) in eine lineare Diff'-gleichung übergeht. (Außerdem \(a_{0},...,a_{n-1}\in\mathbb{K}\) und \(b:\; ]0,\infty[\;\rightarrow\mathbb{K}\))

Ich habe diese Transformation auch im Wikipedia-Artikel zur Eulerschen Diff'-gleichung gefunden, verstehe das jedoch nicht ganz. Muss ich dann in diesem Fall hier \(y(x)=w(\ln(x))\) einsetzen?

Ich erhalte dann jedenfalls \(y'(x) + \frac{a_{0}}{x}y(x)=b(x) \Leftrightarrow \frac{w'(\ln(x))}{x} + \frac{a_{0}}{x}w(\ln(x))=b(x)\) (für \(n=1\)). Ist das schon die gesuchte Gleichung?

Vielleicht kann es mir jemand am Beispiel \(n=1\) erläutern? Für \(n=2,3\) sollte ich das Gelernte dann ja übertragen können.

Vielen herzlichen Dank!

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Hallo,

ich hoffe die Antwort kommt nicht zu spät.

Bis hier hin ist alles richtig. Wenn du nun für \( n=1 \) deine Gleichung mit \( x \) multiplizierst, dann erhälst du eine lineare DGL

$$ w'(\ln(x)) + a_0 w(\ln(x)) = x \cdot b(x) $$

Wenn du nun ein paar weitere Ableitungen bestimmst, dann sieht man relativ schnell eine Regelmäßigkeit (diese musst du gegebenenfalls noch per Induktion beweisen). Darin hast du dann einen Faktor \( \frac 1 {x^{j}} \). 
Durch den Vorfaktor \( x^{j-n} \) erhalten wir somit bei allen Summanden den Vorfaktor \( \frac 1 {x^n} \). Und können wie im Fall \( n=1 \) eine lineare DGL erzeugen.

Grüße Christian

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Nein, die Antwort kommt nicht zu spät ;)

In die Richtung hatte ich auch schon gedacht, war mir aber sehr unsicher bei der Sache. Daher: Vielen Dank für die Bestätigung! :)
  ─   tisterfrimster 17.12.2019 um 06:17

Das freut mich zu hören. Sehr gerne :)   ─   christian_strack 17.12.2019 um 11:07

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