de-CH
utf-8
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Mit Richtungsfeld: Wertebereich
dgl-09-04
set
1053
randRange(-4,4) randRange(2,4) randRange(2,4) randRange(1,2) A+T A-D randRange(-6,6) randRangeExclude(C-1,B+1,[A,B,C])

Gegeben sei unten das Richtungsfeld einer DGL y' = F(y) mit drei stationären Lösungen.

style({ strokeWidth: .05 }); graphInit({ range: [[-8, 8], [C-3,B+3]], scale: [22, 22], strokeColor: "red", axisArrows: "->", tickStep: 10, }); label([0,A], "\\color{black}A", "left"); label([0,B], "\\color{black}B", "left"); label([0,C], "\\color{black}C", "left"); // Vektorfeld for(var i = -8; i <= 8; i+=1) { for(var j = C-2; j <= B+2; j+=.75) { var dy = pow(-1,P)*(j - A)*( j - B)*( j - C)/45; line([i - 0.25, j - dy*.25], [i + 0.25, j + dy*0.25], { arrows: "", strokeWidth: 1, stroke: "grey" }); } }

Sei \color{teal}y die Lösung mit \color{teal}y(X) = Y und Wertebereich ]\, {\color{red}a}\, ,\, {\color{blue}b}\,[.

Bestimmen Sie {\color{red}a} und {\color{blue}b}.

Schreiben Sie "infty" für +\infty und "-infty" für -\infty.

B
infty
-infty
C
C
A
A
B
\color{red}a =
\color{blue}b =

Das Richtungsfeld zeigt an einer Stelle (x_0,y_0) ein kleines Tangentenstück einer Lösung der DGL, auf der (x_0,y_0) = (X, Y) liegt.

Wir erkennen die drei stationären Lösungen y_{\infty, 1}=C, y_{\infty, 2}=A, y_{\infty, 3}=B.

for(var i = -8; i <= 8; i+=1) { line([i - 0.15, C ], [i + 0.15, C], { arrows: "", strokeWidth: 2.75, stroke: "orange" }); line([i - 0.15, B ], [i + 0.15, B], { arrows: "", strokeWidth: 2.75, stroke: "orange" }); line([i - 0.15, A ], [i + 0.15, A], { arrows: "", strokeWidth: 2.75, stroke: "orange" }); } label( [X, Y], "\\color{teal} (X, Y)", "below" ); circle( [X, Y], 3 / 15, { fill: GREEN, stroke: "none" });

Eine Lösung bleibt innerhalb eines Streifens.

Hier ist {\color{teal}y(X) = Y} > B nach oben unbeschränkt, und daher

\color{red}a = B und \color{blue}b = +\infty.

Hier ist {\color{teal}y(X) = Y} < C nach unten unbeschränkt, und daher

\color{red}a = - \infty und \color{blue}b = C.

Hier ist A < {\color{teal}y(X) = Y} < B und daher

\color{red}a = A und \color{blue}b = B.

Hier ist C < {\color{teal}y(X) = Y} < A und daher

\color{red}a = C und \color{blue}b = A.