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Aufgabenstellung:

Löse die folgende Differentialgleichung mittels Trennung der Variablen:

Lösungsweg:

Drücke auf "Aufdecken" um dir den ersten Schritt der Lösung anzuzeigen

Trenne die Variablen:

Das heißt du musst die Gleichung so aufteilen, dass auf einer Seite nur eine Variable vorkommt: entweder oder .

Vorsicht: Wenn du durch eine Variable teilst, darf diese nicht Null werden.

Untersuche ob die DGL für gelöst ist:

Somit ist eine Lösung der DGL und du darfst durch teilen.

ü

Integriere beide Seiten:

Zur Vereinfachung ergibt sich mit und als allgemeine Lösung:

Lösung:

Definition

Differentialgleichung

Eine Differentialgleichung (DGL) ist eine Gleichung, die eine Funktion und ihre Ableitungen enthält. Die Lösung einer DGL ist also eine differenzierbare Funktion, die diese Gleichung erfüllt.

Definition

Anfangswertproblem (AWP)

Ein Anfangswertproblem (AWP) ist einfach eine DGL, zu der Anfangswerte gegeben sind, also .

Vorgehen

Gewöhnliche DGL Lösungsansätze Übersicht

Separierbare DGL 1. Ordnung

Form:

Lösung mithilfe Trennung der Variablen:

 

Durch Substitution lösbare DGL
Form: mit
Lösung durch Substitution und Trennung der Variablen:

Substituiere: , somit ist
Dann ist
Durch Trennung der Variablen erhältst du die Lösung von . Die Rücksubstitution liefert dir dann

 

Lineare DGLs

Die allgemeine Lösung einer inhomogenen linearen DGL setzt sich aus 
1. der allgemeinen Lösung  der zugehörigen homogenen DGL
2. der partikulären Lösung der inhomogenen DGL zusammen: 

 

Homogene lineare DGL 1. Ordnung
Form:
Die allgemeine Lösung lautet:

, wobei und .

 

Inhomogene lineare DGL 1. Ordnung
Form:
Lösung durch Variation der Konstanten:

, wobei und

 

Inhomogene lineare DGL 1. Ordnung mit konstanten Koeffizienten
Form: , wobei
Allgemeine Lösung der homogenen DGL:

 

Partikuläre Lösung der inhomogenen DGL: 

  1. Wenn von der Form:
    Ansatz:

  2. Wenn von der Form: und
    Ansatz:

  3. Wenn von der Form: und
    Ansatz:

  4. Wenn von der Form:
    Ansatz:

Die allgemeine Lösung ist dann:

Vorgehen

Typen von DGLs

Triviale Differentialgleichung

Getrennte Variablen

Linear 1. Ordnung

Euler-homogen

Lineare Transformation

Gebrochen rationale Transformation

Linear höherer Ordnung mit konstanten Koeffizienten

Bernoulli

Ricatti

Vorgehen

Anfangswertproblem lösen

  1. Löse die DGL.

  2. Stelle die Lösung deiner DGL nach dem unbekannten Parameter um.
    Falls die Parameter sich nicht zusammenfassen lassen, musst du das lineare Gleichungssystem mit mehreren Variablen lösen. 

  3. Setze den Anfangswert ein und berechne die Parameter.

  4. Setze die berechneten Parameter in deine Lösung ein.

Vorgehen

Trennung der Variablen

Wenn DGL von der Form

  1. Löse zunächst die Gleichung nach auf:
    Die Gleichung hat nun die Form .

  2. Schreibe nun als .
    .

  3. Multipliziere nun mit :


  4. Jetzt kannst du beide Seiten integrieren:


  5. Löse beide Integrale und stelle nach um.

Formel

Kategorien von DGLs

gewöhnliche DGL: nur Ableitungen von einer Variablen

Beispiel:

 

partielle DGL: mehrere Variablen mit partiellen Ableitungen

Beispiel:

 

Ordnung: Anzahl der höchsten Ableitung

Beispiel: (diese DGL ist 2. Ordnung).

 

lineare DGL: nur Linearkombinationen der Funktion und ihrer Ableitungen

Beispiel:

 

nicht-lineare DGL: gesuchte Funktion hat Potenzen oder ist in anderen Funktionen verkettet

Beispiel:

 

homogene DGL: es gibt keinen Term ohne (die gesuchte Funktion oder ihre Ableitungen)

Beispiel:

 

inhomogene DGL: es gibt Störfunktion (Term ohne )

Beispiel:

 

explizite DGL: höchste Ableitung steht alleine auf einer Seite. (Falls nicht, implizite DGL).