Differentiaalvergelijkingen > Variabelen scheiden
123456Variabelen scheiden

Uitleg

Van bepaalde types differentiaalvergelijkingen kun je de oplossingen systematisch vinden. Omdat in een differentiaalvergelijking ook afgeleiden voorkomen, ligt het voor de hand om te bedenken dat je vanuit een afgeleide de functie kunt terugvinden door primitiveren. Het eerste idee is dan ook om de integraalrekening in te zetten.

Bekijk bijvoorbeeld de differentiaalvergelijking `f'(x) = x * f(x)` maar eens.

Je kunt dit ook schrijven als `y' = x * y` , want `f(x) = y` .

Hier kun je van maken `(y')/y = x`

Je hebt nu de variabelen gescheiden en je kunt gaan integreren. Op een constante na zijn de primitieven links en rechts van het isgelijkteken ook gelijk:

`int (y')/y text(d)x = int x text(d)x + C` , waarin `C` een willkeurig getal is.

Rechts van het isgelijkteken kun je primitiveren: `int x text(d)x = 1/2 x^2` .

Maar hoe zit het links van het isgelijkteken?

Daar moet je bedenken dat `y' = (Delta y)/(Delta x)` als `Delta x rarr 0` . En dus is `y' Delta x= Delta y` als `Delta x rarr 0` .

Om aan te geven dat `Delta x rarr 0` schrijf je niet langer meer `Delta x` en `Delta y` , maar `text(d)x` en `text(d)y` .
Zo vind je `y' text(d)x= text(d)y` .

En dus wordt de differentiaalvergelijking na integreren `int 1/y text(d)y = int x text(d)x + C` .

Primitiveren geeft: `ln|y| = 1/2 x^2 + C` .

Dit kun je schrijven als `|y| = text(e)^(1/2 x^2 + C) = K * text(e)^(1/2 x^2)` met `K = text(e)^C gt 0` .

Zonder absoluutstrepen wordt dit `y = +- K text(e)^(1/2 x^2)` met `K gt 0` .

Nog korter zijn de oplossingen `y = A text(e)^(1/2 x^2)` met `A != 0` .

Omdat `y = 0` een oplossing van deze differentiaalvergelijking is (ga dat na), kun je `A != 0` weglaten.

Opgave 1

In de Uitleg zie je hoe de differentiaalvergelijking `f '(x) = x*f(x)` wordt opgelost.

a

Wat wordt bedoeld met "variabelen scheiden" ?

Je kunt de differentiaalvergelijking ook schrijven als `(text(d)y)/(text(d)x) = x * y` .

b

Laat zien dat je hier meteen `1/y text(d)y = x text(d)x` van kunt maken als je met `(text(d)y)/(text(d)x)` rekent alsof het een gewone breuk is.

c

Waarom wordt dit in de uitleg niet zo gedaan?

d

Voer zelf de herleiding naar `y = a text(e)^(1/2 x^2)` nog een keer uit. Let goed op hoe er met de constante wordt omgegaan.

Opgave 2

Bekijk de differentiaalvergelijking `(text(d)y)/(text(d)x) = x^2 * y` .

a

Laat zien dat je dit kunt herleiden naar `int 1/y text(d)y = int x^2 text(d)x + C`

b

Los nu de differentiaalvergelijking op en laat zien dat de oplossingen hyperbolen zijn.

Opgave 3

Bekijk de differentiaalvergelijking `f '(x) = (x + 1)/(f(x))` .

a

Laat zien dat je dit kunt herleiden naar `int y text(d)y = int (x + 1) text(d)x + C`

b

Los nu de differentiaalvergelijking op en laat zien dat de oplossingen hyperbolen zijn.

verder | terug