Gegeben sei die DGL
y'= (Cy- D*C) (Fy^2 - (A+B)*F y + A*B*F)
mit Startwert y_0 = Y
und Lösung t \mapsto y(t)
.
Bestimmen Sie \displaystyle \color{teal}\lim_{t \to \infty} y(t)
.
\displaystyle \color{teal}\lim_{t \to \infty} y(t)
=
B
Stationäre Lösungen {\color{orange}y_{\infty}}
mit
{\color{orange}y'_{\infty}} = 0
sind Kandidaten für Asymptoten.
Um diese zu finden, suchen wir Nullstellen der rechten Seite der DGL
(Cy- D*C) (Fy^2 - (A+B)*F y + A*B*F)
.
Diese vereinfacht sich zu
C*F(y- D) (y - A) (y - B)
, sodass
wir die Stationäre Lösungen direkt mit
{\color{orange}y_{\infty}} \in \{ A, B, D\}
ablesen können.
Für die Konvergenz betrachten wir den Graph der Funktion F
mit
F(y)=C*F(y- D) (y - A) (y - B)
.
Sein qualitativer Verlauf ist:
Dort sehen wir auch den Startwert {\color{blue}y_0= Y}
Es ist F(y_0) < 0
. Da damit y'(t_0) = F(y_0) < 0
ist die Lösung zu Beginn und im weiteren Verlauf eine streng monoton fallende Funktion. Dies gilt, solange F(y) < 0
, und schlussendlich
\displaystyle \color{teal}\lim_{t \to \infty} y(t) = B
.
Es ist F(y_0) > 0
. Da damit y'(t_0) = F(y_0) > 0
ist die Lösung zu Beginn und im weiteren Verlauf eine streng monoton wachsende Funktion. Dies gilt, solange F(y) > 0
, und schlussendlich
\displaystyle \color{teal}\lim_{t \to \infty} y(t) = B
.