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Index
Differentialgleichungen für Dummies – Schummelseite
Titel
Impressum
Inhaltsverzeichnis
Einführung
Über dieses Buch
Konventionen in diesem Buch
Was Sie nicht lesen müssen
Falsche Voraussetzungen
Wie dieses Buch strukturiert ist
Teil I: Differentialgleichungen erster Ordnung
Teil II: Differentialgleichungen zweiter und höherer Ordnung
Teil III: Es wird spannend: Potenzreihen und reguläre Punkte
Teil IV: Der Teil der Zehn
Die Symbole in diesem Buch
Wie es weitergeht
Teil I - Differentialgleichungen erster Ordnung
1 - Willkommen in der Welt der Differentialgeichungen!
Das Wesen der Differentialgleichungen
Ableitungen: Die Grundlage der Differentialgleichungen
Ableitungen, die Konstanten sind
Ableitungen, die Potenzen sind
Ableitung mit Trigonometrie
Ableitungen mit mehreren Funktionen
Das große Ganze mit Hilfe der Richtungsfelder erkennen
Ein Richtungsfeld zeichnen
Verbindung Von Steigungen zu einer Integralkurve
Erkennen des Gleichgewichtswerts
Differentialgleichungen klassifizieren
Klassifizierung der Gleichungen der Ordnung nach
Klassifizierung als gewöhnliche und partielle Gleichungen
Klassifizierung als lineare oder nicht lineare Gleichungen
Differentialgleichungen erster Ordnung lösen
Die Arbeit mit Differentialgleichungen zweiter und höherer Ordnung
Spaß mit fortgeschrittenen Techniken
2 - Lineare Differentialgleichungen erster Ordnung
Ganz von vorne: Grundlagen für die Lösung linearer Differentialgleichungen erster Ordnung
Anfangsbedingungen Von Anfang an anwenden
Und jetzt lösen wir Differentialgleichungen mit Funktionen
Und jetzt nehmen wir ein paar Konstanten dazu
Lineare Differentialgleichungen erster Ordnung mit Hilfe von Integrationsfaktoren lösen
Nach einem lntegrationsfaktor suchen
Mit Hilfe eines Integrationsfaktors eine Differentialgleichung lösen
Der nächste Schritt: Integrationsfaktoren in Differentialgleichungen mit Funktionen einsetzen
Und jetzt eine ganz besondere Abkürzung!
Ein fortgeschrittenes Beispiel lösen
Prüfen, ob eine Lösung für eine Differentialgleichung erster Ordnung existiert
Der Existenz- und Eindeutigkeitssatz für lineare Differentialgleichungen
Die allgemeine Lösung finden
Ein paar Beispiele für Existenz und Eindeutigkeit
Feststellen, ob es eine Lösung für eine nicht lineare Differentialgleichung gibt
Der Existenz- und Eindeutigkeitssatz für nicht lineare Differentialgleichungen
Einige Beispiele für den Existenz- und Eindeutigkeitssatz für nicht lineare Differentialgleichungen
3 - Separierbare Differentialgleichungen erster Ordnung
Die Grundlagen separierbarer Differentialgleichungen
Einfach anfangen: Lineare separierbare Gleichungen
Implizite Lösungen
Explizite Lösungen aus impliziten Lösungen ableiten
Schwer zu knacken: Wann es keine explizite Lösung gibt
Ein praktischer Trick: Nicht lineare separierbare Gleichungen in lineare separierbare Gleichungen umwandeln
Einige separierbare Gleichungen aus der Praxis
Ein Flussproblem in den Griff bekommen
Eine monetäre Aufgabenstellung
Partialbrüche in separierbaren Gleichungen
4 - Exakte Differentialgleichungen erster Ordnung und die Euler-Methode
Grundlagen exakter Differentialgleichungen
Exakte Differentialgleichungen definieren
Eine typische exakte Differentialgleichung berechnen
Feststellen, ob eine Differentialgleichung exakt ist
Einen praktischen Satz ausprobieren
Den Satz anwenden
Nicht exakte Differentialgleichungen mit Hilfe von Integrationsfaktoren bezwingen
Einen Integrationsfaktor finden
Mit Hilfe eines Integrationsfaktors eine exakte Gleichung erhalten
Der letzte Schliff: Die exakte Gleichung lösen
Mit der Euler-Methode numerisch werden
Die Methode verstehen
Die Genauigkeit der Methode auf einem Computer überprüfen
Differenzengleichungen
Ein bisschen praktische Terminologie
lterative Lösungen
Gleichgewichtslösungen
Teil II - Differentialgleichungen zweiter und höherer Ordnung
5 - Lineare homogene Differentialgleichungen zweiter Ordnung
Differentialgleichungen zweiter Ordnung – Grundlagen
Lineare Gleichungen
Homogene Gleichungen
Lineare homogene Gleichungen zweiter Ordnung mit konstanten Koeffizienten
Elementare Lösungen
Anfangsbedingungen
Charakteristische Gleichungen kennen lernen
Reelle und unterschiedliche Nullstellen
Komplexe Nullstellen
Identische reelle Nullstellen
Eine zweite Lösung durch Reduzierung der Ordnung erhalten
Wie die Reduzierung der Ordnung funktioniert
Ein Beispiel
Und jetzt alles zusammen – mit ein paar praktischen Sätzen
Superposition
Lineare Unabhängigkeit
Die Wronski-Determinante
6 - Lineare inhomogene Differentialgleichungen zweiter Ordnung
Die allgemeine Lösung von linearen inhomogenen Gleichungen zweiter Ordnung
Ein wichtiger Satz
Der Satz in der Praxis
Spezielle Lösungen mit Hilfe der Methode der unbestimmten Koeffizienten ermitteln
Wenn g (x) die Form erx hat
Wenn g(x) ein Polynom der Ordnung n ist
Wenn g(x) eine Kombination aus Sinus und Kosinus ist
Wenn g(x) ein Produkt aus zwei unterschiedlichen Formen ist
Gleichungen mit der Methode der Parametervariation lösen
Die Grundlagen der Methode
Ein typisches Beispiel
Die Methode auf beliebige lineare Gleichungen anwenden
Ein schönes Paar! Die Parametervariation trifft die Wronski-Determinante
Federn und andere Sprunghaftigkeiten
Eine Masse ohne Reibung
Eine Masse mit Zugkraft
7 - Lineare homogene Differentialgleichungen höherer Ordnung
Schreibarbeit: Die Notation für Differentialgleichungen höherer Ordnung
Die Grundlagen linearer homogener Gleichungen, höhere Ordnung
Format, Lösungen und Anfangsbedingungen
Einige praktische Sätze
Verschiedene Arten linearer homogener Gleichungen höherer Ordnung
Reelle und unterschiedliche Nullstellen
Eine Gleichung dritter Ordnung
Reelle und imaginäre Nullstellen
Komplexe Nullstellen
Mehrfache Nullstellen
8 - Lineare inhomogene Differentialgleichungen höherer Ordnung
Die Methode unbestimmter Koeffizienten für Gleichungen höherer Ordnung
g(x) hat die Form erx
g (x) ist ein Polynom der Ordnung n
g (x) ist eine Kombination aus Sinus und Kosinus
Gleichungen höherer Ordnung mit Hilfe der Parametervariation lösen
Grundlagen der Methode
Ein Beispiel
Teil III - Es wird spannend! – Fortgeschrittene Techniken
9 - Es wird ernst: Potenzreihen und reguläre Punkte
Grundlagen der Potenzreihen
Mit dem Quotientenkriterium die Konvergenz einer Potenzreihen feststellen
Die Grundlagen des Quotientenkriteriums
Wir setzen ein paar Zahlen ein
Den Reihenindex verschieben
Taylor-Reihen
Differentialgleichungen zweiter Ordnung mit Hilfe von Potenzreihen lösen
Wenn Sie die Lösung bereits kennen
Wenn die Lösung nicht im Voraus bekannt ist
Ein berühmtes Problem: Die Airy-Gleichung
10 - Singuläre Punkte
Die Grundlagen singulärer Punkte
Singuläre Punkte finden
Das Verhalten singulärer Punkte
Reguläre und irreguläre singuläre Punkte
Erstaunliche Euter-Gleichungen
Reelle und unterschiedliche Nullstellen
Reelle und gleiche Nullstellen
Komplexe Nullstellen
Mit einem Satz alles zusammenfassen
Reihenlösungen in der Nähe singulärer Punkte bestimmen
Die allgemeine Lösung identifizieren
Grundlagen für die Lösung von Gleichungen in der Nähe singulärer Punkte
Ein numerisches Beispiel für die Lösung einer Gleichung in der Nähe singulärer Punkte
Eine genauere Betrachtung der Kenngleichungen
11 - Laplace- Transformationen
Eine typische Laplace-Transformation genauer betrachten
Entscheiden, wann eine Laplace-Transformation konvergiert
Grundlegende Laplace-Transformationen berechnen
Die Transformation von 1
Die Transformation von eat
Die Transformation von sin (at)
Eine praktische Tabelle sorgt für Erleichterung
Differentialgleichungen mit Hilfe von Laplace-Transformation lösen
Einige Sätze bringen Sie auf den Weg
Eine homogene Gleichung zweiter Ordnung lösen
Eine inhomogene Gleichung zweiter Ordnung lösen
Eine Funktion der Laplace-Transformation gleichsetzen
Eine Gleichung höherer Ordnung lösen
Laplace-Transformationen faktorisieren und Faltungsintegrale
Eine Laplace-Transformation in Brüche faktorisieren
Faltungsintegrale genauer betrachten
Schrittfunktionen beobachten
Definition der Schrittfunktion
Die Laplace-Transformation der Schrittfunktion ermitteln
12 - Lineare Differentialgleichungssysteme erster Ordnung
Matrizengrundlagen
Eine Matrix einrichten
Die ganze Algebra
Matrizen genauer betrachten
Matrixoperationen
Gleichheit
Addition
Subtraktion
Multiplikation einer Matrix mit einer Zahl
Multiplikation von zwei Matrizen
Multiplikation einer Matrix mit einem Vektor
Einheitsmatrix
Das Inverse einer Matrix
Spaß mit Eigenvektoren und anderem
Lineare Unabhängigkeit
Eigenwerte und Eigenvektoren
Lineare homogene Differentialgleichungssysteme erster Ordnung
Die Grundlagen
Es folgt ein Beispiel
Inhomogene lineare Gleichungssysteme erster Ordnung lösen
Die korrekte Form der spezielle Lösung annehmen
Zahlen, knacken
Das Fazit
13 - Drei ausfallsichere numerische Methoden
Zahlenknacken mit der Euler-Methode
Die Grundlagen der Methode
Mit Hilfe von Code die Methode in der Praxis. beobachten
Die verbesserte Euler-Methode
Die Verbesserungen
Der neue Code
Eine steilere Steigung in den neuen Code einfügen
Noch mehr Genauigkeit durch die Runge-Kutta-Methode
Die Rekursionsrelation der Methode
Mit der Methode im Code arbeiten
Teil IV - Top Ten Teil
14 - Zehn äußerst hilfreiche Online-Anleitungen zum Thema Differentialgleichungen
Differentialgleichungen auf Matroids Matheplanet
Mathematik-Online-Kurs der Universität Stuttgart
MATHEMATIK-VERSTEHEN
Mathepedia
Die Einführung in Differentialgleichungen auf
Harvey Mudd College Mathematics Online Tutorial
Einführung in Differentialgleichungen von John Appleby
Die Seite von Kardi Teknomo
Übungen zu Differentialgleichungen von Martin J. Osborne
Video Tutorial von Midnight Tutor
Die Einführung in Differentialgleichungen der Ohio State University, Physics Department
Paul’s Online Math Notes
S.O.S. Math
University of Surrey Tutorial
15 - Zehn wirklich coole Online-Werkzeuge zur Lösung von Differentialgleichungen
Das Applet für die Runge-Kutta-Methode von
Der Graphing Calculator von
Direction Field Plotter
Ein Gleichungslöser von QuickMath Automatic Math Solutions
Löser für Differentialgleichungen erster Ordnung
GCalc Online-Graphiktaschenrechner
JavaView Ode Solver
Der Systemlöser von Math @ CowPi
Ein Matrixinverter von QuickMath Automatic Math Solutions
Visual Differential Equation Solving Applet
Stichwortverzeichnis
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