משוואה דיפרנציאלית ליניארית – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מאין תקציר עריכה
תגיות: עריכה ממכשיר נייד עריכה דרך האתר הנייד
שורה 12:
באופן כללי, פונקציות רבות יכולות להיות פתרון של אותה משוואה. לפונקציה מסוימת שהיא פתרון של המשוואה נקרא "פתרון פרטי" של המשוואה. עבור משוואה הומוגנית <math>\ L\left[y\right]=0</math> סכום של כל שני פתרונות הוא פתרון וכפל בסקלר של פתרון הוא פתרון. לכן אוסף הפתרונות של משוואה ליניארית הומוגנית הוא [[מרחב וקטורי]] ויש לו [[בסיס (אלגברה)|בסיס]], כלומר קבוצת פונקציות <math>\ y_1,\dots,y_n</math> כך שכל פתרון של המשוואה ההומוגנית יכול להיכתב כצירוף ליניארי שלהן: <math>\ y=c_1 y_1+\dots+c_n y_n</math>. עבור בסיס של מרחב הפתרונות, נקרא לצירוף הליניארי <math>\ c_1 y_1+\dots+c_n y_n</math>, כאשר <math>\ c_1,\dots,c_n</math> הם קבועים, "פתרון כללי של המשוואה ההומוגנית".
 
למשוואה ליניארית <math>\ L\left[y\right]=g(x)</math> התכונה שהפרש של כל שני פתרונות של המשוואה הוא פתרון של המשוואה ההומוגנית <math>\ L\left[y\right]=0</math>. אכן, אם <math>\ L\left[y_1\right]=L\left[y_2\right]=g(x)</math> אז <math>\ L\left[y_1-y_2\right]=L\left[y_1\right]-L\left[y_2\right]=g(x)-g(x)=0</math>. מכאן נובעת תכונה חשובה של משוואות ליניאריות:
 
מכך נובעת תכונה חשובה של משוואות ליניאריות:
'''כל פתרון של משוואה ליניארית ניתן לכתיבה כסכום של פתרון פרטי של המשוואה הליניארית, ופתרון כללי של המשוואה ההומוגנית המתאימה לה'''.
 
תכונה זו ברורהניתן באופןלקבל מיידיבצורה ישירה: אם <math>\ y</math> הוא פתרון כלשהו של המשוואה, ו- <math>\ y_p</math> הוא הפתרון הפרטי שאנו משתמשים בו, אז ההפרש <math>\ y-y_p</math>, כפי שראינו, הוא פתרון של המשוואה ההומוגנית, וכל פתרון של המשוואה ההומוגנית ניתן לביטוי באמצעות הפתרון הכללי של המשוואה ההומוגנית.
 
מכאןמכך נובע שכדי לפתור בצורה כללית משוואה ליניארית לא הומוגנית יש לעשות שני דברים:
#לפתור את המשוואה ההומוגנית המתאימה לה.
#למצוא פתרון פרטי אחד למשוואה הלא הומוגנית.
שורה 24 ⟵ 25:
קיימת שיטה בשם "'''[[וריאציית הפרמטר]]'''", המאפשרת למצוא בצורה שיטתית פתרון פרטי למשוואה הלא הומוגנית בהינתן הפתרון הכללי של המשוואה ההומוגנית. עם זאת, השיטה עלולה לכלול עבודה טכנית רבה, ונדרשת בה [[אינטגרל|אינטגרציה]] שבה לא בהכרח ניתן לבטא את התוצאה בצורה מפורשת. שיטה אחרת, הנקראת "[[שיטת המקדמים הלא ידועים]]", מבוססת על ניחוש מושכל של צורת הפתרון הפרטי והשימוש בה הוא פשוט ונוח, אך היא טובה רק למקרים מסוימים.
 
באופן כללי אין פתרון שיטתי פשוטופשוט למשוואה ליניארית הומוגנית. עם זאת, אם ידוע פתרון אחד של המשוואה, ניתן לקבל ממנו פתרון נוסף, שאינו תלוי בו. שיטה זו ידועה בשם "שיטת ד'אלמבר להורדת סדר המשוואה". כמו כן, במקרה הפרטי המיוחד שבו המקדמים <math>\ p_{n-1},\dots,p_0</math> הם כולם קבועים קיים פתרון שיטתי המתבסס על מה שמכונה "המשוואה האופיינית" (או: "הפולינום האופייני") של המשוואה הליניארית.
 
===משוואה הומוגנית במקדמים קבועים===