Difference between revisions of "Jan Math 2008-12-05"

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= 4.1 d) =
+
= allgemein =
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homogene DGL<br/>
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<math>ay''+by'+cy=0</math> (oder auch höhere Ableitungen von y)<br/>
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inhomogene DGL<br/>
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<math>ay''+by'+cy=f(x)</math><br/>
 +
Gelöst witd zuerst die homogene DGL - die Lösung der inhomogenen ist eine (irgend eine) Löung der inhomogenen plus die allgemeine Löung der homogenen<br/>
 +
<math>y=y_{sp}+y_h</math>
 +
= - 4.1 d) =
 
<math>y''+6x=0</math><br/>
 
<math>y''+6x=0</math><br/>
 
- homogene -<br/>
 
- homogene -<br/>
 
<math>y''=0</math><br/>
 
<math>y''=0</math><br/>
D.h. y zweimal differenziert ist 0, da kann y maximal x hoch zwei sein (Polynom). Homogene Lösung (allgemein)<br/>
+
D.h. y zweimal differenziert ist 0, da kann y maximal x sein (Polynom ersten Grades). Homogene Lösung (allgemein)<br/>
<math>y_h=ax^2+bx+c</math><br/>
+
<math>y_h=ax+b</math><br/>
 
- spezielle Lösung -<br/>
 
- spezielle Lösung -<br/>
 
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- Gesamtlösung -<br/>
 
- Gesamtlösung -<br/>
 
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<math>y=-x^3+ax^2+bx+c</math><br/>
+
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(a,b,c beliebig)
+
(a,b beliebig)
= 4.1 e) =
+
= - 4.1 e) =
 
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<math>y''+6x-3=0</math><br/>
 
- homogene -<br/>
 
- homogene -<br/>
 
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<math>y_h''=0</math><br/>
<math>y_h=ax^2+bx+c</math><br/>
+
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- spezielle -<br/>
 
- spezielle -<br/>
 
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<math>y_{sp}''=-6x+3</math><br/>
 
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<math>y_{sp}'=-3x^2+3x</math><br/>
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+
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- Gesamtlösung -<br/>
 
- Gesamtlösung -<br/>
 
<math>y=y_{sp}+y_h</math><br/>
 
<math>y=y_{sp}+y_h</math><br/>
<math>y=-x^3+3/2 x^2 +ax^2+bx+c</math><br/>
+
<math>y=-x^3+ { 3 \over 2} x^2 +ax+b</math><br/>
Da a,b,c beliebig - im speziellen a - ist die allgemeine Lösung (diesmal ein 'anderes' a):<br/>
+
= - 4.1 f) =
<math>y=-x^3+ax^2+bx+c</math><br/>
 
= 4.1 f) =
 
 
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<math>y''+12x^2-4x=1</math><br/>
 
- homogene (wie schon zwei Mal) -<br/>
 
- homogene (wie schon zwei Mal) -<br/>
<math>y_h=ax^2+bx+c</math><br/>
+
<math>y_h=ax+b</math><br/>
 
- spezeille -<br/>
 
- spezeille -<br/>
 
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<math>y_{sp}''=-12x^2+4x+1</math><br/>
<math>y_{sp}'=-4x^2+2x^2+x</math><br/>
+
<math>y_{sp}'=-4x^3+2x^2+x</math><br/>
<math>y_{sp}=-
+
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 +
<math>y_{sp2}=-x^4+{2 \over 3} x^3</math><br/>
 +
- Gesmatlösung - <br/>
 +
<math>y=-x^4+ {2 \over 3} x^3 + {1 \over 2} x^2 +ax+b</math>
 +
 
 +
= - 4.2 c) =
 +
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<math>y(1)=0</math><br/>
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- allgemein -<br/>
 +
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 +
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 +
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 +
<math>y={x^3 \over 6} - {x^2 \over 2} + ax + b</math> [1]<br/>
 +
<math>y'={x^2 \over 2} - x + a</math> [2] <br/>
 +
Jetzt in [2] laut Anfangsbedingung einsetzen:<br/>
 +
<math>0={1 \over 2} - 1 + a</math><br/>
 +
<math>a={1 \over 2}</math><br/>
 +
Jetzt in [1] laut Anfangsbedingung einsetzen:<br/>
 +
<math>0={1 \over 6} - {1 \over 2} + a + b</math><br/>
 +
<math>0={1 \over 6} - {1 \over 2} + {1 \over 2} + b</math><br/>
 +
<math>b=-{1 \over 6}</math><br/>
 +
<math>y={x^3 \over 6} - {x^2 \over 2} + {1 \over 2} x -{1 \over 6}</math><br/>
 +
 
 +
= - 4.2 d) =
 +
<math>y''+6x^2=1-x</math><br/>
 +
<math>y(0)=2</math><br/>
 +
<math>y'(0)=5</math><br/>
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- allgemein -<br/>
 +
<math>y''=-6x^2-x+1</math><br/>
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<math>y_h=ax+b</math><br/>
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<math>y_{sp}''=-6x^2-x+1</math><br/>
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<math>y_{sp}'=-2x^3-{1 \over 2} x^2 + x</math><br/>
 +
<math>y_{sp}=-{1 \over 2} x^4 -{1 \over 6} x^3 + {1 \over 2} x^2</math><br/>
 +
<math>y=-{1 \over 2} x^4 -{1 \over 6} x^3 + {1 \over 2} x^2+ax+b</math> [1]<br/>
 +
<math>y'=-2x^3-{1 \over 2} x^2+x+a</math> [2]<br/>
 +
Einsetzen in [2]<br/>
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<math>5=0+0+0+a</math><br/>
 +
<math>a=5</math><br/>
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Einsetzen in [1]<br/>
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<math>2=0+0+0+0+b</math><br/>
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<math>b=2</math><br/>
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<math>y=-{1 \over 2} x^4 -{1 \over 6} x^3 + {1 \over 2} x^2+5x+2</math><br/>
 +
= - 4.3 a) =
 +
<math>y''=2x-1</math><br/>
 +
<math>y(0)=1</math><br/>
 +
<math>y(6)=1</math><br/>
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<math>y_h=ax+b</math><br/>
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<math>y_{sp}''=2x-1</math><br/>
 +
<math>y_{sp}'=x^2-x</math><br/>
 +
<math>y_{sp}={1 \over 3} x^3 - {1 \over 2} x^2</math><br/>
 +
<math>y={1 \over 3} x^3 - {1 \over 2} x^2+ax+b</math><br/>
 +
Einsetzen y(0)=1<br/>
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<math>1=0 - 0+0+b</math><br/>
 +
<math>b=1</math><br/>
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Einsetzen y6)=1<br/>
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<math>1={1 \over 3} 6^3 - {1 \over 2} 6^2+a6+b</math><br/>
 +
<math>1=72-18+6a+1</math><br/>
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<math>-54=6a</math><br/>
 +
<math>a=9</math><br>
 +
<math>y={1 \over 3} x^3 - {1 \over 2} x^2+9x+1</math><br/>
 +
 
 +
= - 4.3 b) =
 +
<math>y''-x+3=0</math><br/>
 +
<math>y(3)=1</math><br/>
 +
<math>y(9)=10</math><br/>
 +
<math>y_h=ax+b</math><br/>
 +
<math>y_{sp}''=x-3</math><br>
 +
<math>y_{sp}'={1 \over 2} x^2 - 3x</math><br/>
 +
<math>y_{sp}={1 \over 6} x^3 - {3 \over 2} x^2</math><br/>
 +
<math>y={1 \over 6} x^3 - {3 \over 2} x^2+ax+b</math><br/>
 +
Einsetzen => lineares Gleichungssystem:<br/>
 +
<math>1={1 \over 6} 3^3 - {3 \over 2} 3^2+a3+b</math><br/>
 +
<math>1={27 \over 6} - {27 \over 2}+ 3a+b</math><br/>
 +
<math>3a+b={6 \over 6} - {27 \over 6} + {81 \over 6}={60 \over  6}=10</math> [1]<br/>
 +
<math>1={1 \over 6} 9^3 - {3 \over 2} 9^2+a9+b</math><br/>
 +
<math>1={729 \over 6} - {243 \over 2} + 9a+b</math><br/>
 +
<math>9a+b={6 \over 6} - {729 \over 6} + {729 \over 6}=1</math> [2]<br>
 +
Subtrahiere [1] von [2]<br/>
 +
<math>6a=1-10=-9</math><br/>
 +
<math>a=-{9 \over 6}=-{3 \over 2}</math><br/>
 +
Einsetzen in [1]<br/>
 +
<math>3(-{3 \over 2})+b=10</math><br/>
 +
<math>b=10+{9 \over 2}={29 \over 2}</math><br/>
 +
<math>y={1 \over 6} x^3 - {3 \over 2} x^2-{3 \over 2}x+{29 \over 2}</math><br/>
 +
 
 +
= - 4.4 =
 +
Vorläufig aufgeschoben... <math>M_b</math> ? Biegung ?
 +
 
 +
= - 4.7 g) =
 +
<math>y'-y^2cosx=0</math><br/>
 +
<math>y'=y^2cosx</math><br/>
 +
<math>{dy \over dx} =y^2cosx</math> (* dx / <math>y^2</math>)<br/>
 +
<math>{1 \over {y^2}} dy = cosx dx</math> (integrieren)<br/>
 +
<math>{-1 \over y} = sinx +c</math><br/>
 +
<math>y={-1 \over {sinx + c}}</math><br/>
 +
Probe:<br/>
 +
<math>y'={ cosx \over {(sinx +c)^2}}</math><br/>
 +
<math>y^2={1 \over {(sinx +c)^2}}</math><br/>
 +
<math>y'=y^2 cosx</math> passt<br/>
 +
 
 +
= - 4.7 h) =
 +
<math>y' cosx + y sinx = 0</math><br/>
 +
<math>y' cosx = -y sinx</math><br/>
 +
<math>{dy \over dx} cosx = -y sinx</math> (* dx / cosx / y)<br/>
 +
<math>{1 \over y} dy = { -sinx \over cosx } dx</math> (integrieren)<br/>
 +
 
 +
<math>lny=-ln({2 \over {1 + cosx}}) + ln(-{{2 cosx} \over {1 + cosx}}) +c_1=ln(cosx)+c_1</math> (e^ <math>c_2=e^{c_1}</math>)<br/>
 +
<math>y = c_2 cosx</math><br/>
 +
Probe:<br/>
 +
<math>y'=c_2 -sinx</math><br/>
 +
<math>y' cosx = c_2 -sinx cosx</math><br/>
 +
<math>y sinx = c_2 sinx cosx</math><br/>
 +
<math>y' cosx + y sinx = c_3 (-sinx cosx + sinx cosx) = 0</math><br/>
 +
 
 +
= - 4.7 i) =
 +
<math>y'sinx + y=0</math><br/>
 +
<math>y'sinx=-y</math><br/>
 +
<math>{dy \over dx} sinx = -y</math> (* dx / y / sinx)<br/>
 +
<math>{1 \over y} dy = {-1 \over sinx } dx</math> (integrieren)<br/>
 +
<math>lny = -ln({sinx \over {1 + cosx}}) + c_1</math> (e^ <math>c_2=e^{c_1}</math>)<br/>
 +
<math>y=c_2 {{1 + cosx} \over sinx}</math><br/>
 +
Probe:<br/>
 +
<math>y'=c_2 {{-sinx sinx - (1+cosx) cosx} \over {sin^2 x}}</math><br/>
 +
<math>y'=c_2{{-sin^2 x -cosx -cos^2 x} \over {sin^2 x}}</math> (<math>sin^2x+cos^2x = 1</math>)<br/>
 +
<math>y'=c_2{{-1 -cosx} \over {sin^2 x}}</math><br/>
 +
<math>y' sinx = -y</math> passt<br/>
 +
 
 +
= - 4.8 g) =
 +
<math>x y' + x y = y</math><br/>
 +
<math>y(1)=1</math><br/>
 +
<math>x y' = y (1-x)</math><br/>
 +
<math>x {dy \over dx} = y (1-x)</math> (* dx / x / y)<br/>
 +
<math>{1 \over y} dy = {{1-x} \over x} dx</math> (integrieren)<br/>
 +
<math>lny = lnx -x +c_1</math><br/>
 +
<math>y=c_2 {x \over {e^x}}</math><br/>
 +
Probe:<br/>
 +
<math>y'=c_2{{1 e^x - x e^x \over (e^x)^2}}</math><br/>
 +
<math>y'=c_2{{e^x (1-x)} \over {e^x e^x}}</math><br/>
 +
<math>y'=c_2{(1-x) \over e^x}</math><br/>
 +
<math>x y'= c_2{{x(1-x)} \over e^x}</math><br/>
 +
<math>x y = c_2 {x^2 \over e^x}</math><br/>
 +
<math>x y' + x y = c_2 {{x(1-x) + x^2} \over e^x}</math><br/>
 +
<math>x y' + x y = c_2 {{x -x^2 + x^2} \over e^x}</math><br/>
 +
<math>x y' + x y = c_2 {x \over e^x}</math> passt<br/>
 +
Ensetzen y(1)=1<br/>
 +
<math>1=c_2 {1 \over {e^1}}</math><br/>
 +
<math>c_2=e</math><br/>
 +
<math>y=e{x \over {e^x}}</math>
 +
 
 +
= - 4.8 h) =
 +
<math>y' \sqrt{x} + 2y=1</math><br/>
 +
<math>y(0)=1</math><br/>
 +
<math>{dy \over dx} \sqrt{x} = 1 - 2y</math> (* dx / sqrt(x) / (1-2y))<br/>
 +
<math>{ 1 \over {1-2y}} dy = { 1 \over \sqrt{x}} dx = x^{-{1 \over 2}} dx</math> (integrieren)<br/>
 +
<math>-{{ln(2y - 1)} \over 2} = 2 \sqrt{x} + c_1</math><br/>
 +
<math>-ln(2y - 1) = 4 \sqrt{x} + c_2</math> (e^ )<br/>
 +
<math>{1 \over {2y -1}} = c_3 e^{4 x^{1 \over 2}}</math><br/>
 +
<math>2y -1 = {c_4 \over e^{4 x^{1 \over 2}}}</math><br/>
 +
<math>2y = {c_4 \over e^{4 x^{1 \over 2}}} + 1</math><br/>
 +
<math>y = {c_4 \over {2 e^{4 x^{1 \over 2}}}} + {1 \over 2}</math><br/>
 +
Probe:<br/>
 +
<math>y'={ {-c_4 \cdot 2 \cdot 4 \cdot {1 \over 2} x^{-1 \over 2} {e^{4 x^{1 \over 2}}} } \over {({2 e^{4 x^{1/2}})}^2} }</math><br/>
 +
<math>y'={ {-c_4 \cdot 4 \cdot {1 \over 2} x^{-1 \over 2}  } \over {2 e^{4 x^{1/2}}} }</math><br/>
 +
<math>y'={ {-c_4 \cdot x^{-1 \over 2}  } \over {e^{4 x^{1/2}}} }</math><br/>
 +
<math>y' \sqrt{x}={ {-c_4 \cdot x^{-1 \over 2} \cdot x^{1 \over 2} } \over {e^{4 x^{1 \over 2}}} }</math><br/>
 +
<math>={ -c_4 \over {e^{4 x^{1 \over 2}}} }</math><br/>
 +
<math>y' \sqrt{x} + 2y={ {-c_4 \over {e^{4 x^{1 \over 2}}}} + {c_4 \over e^{4 x^{1/2}}} + 1}=1</math> passt<br/>
 +
 
 +
= - 6.8 h) =
 +
<math>\int {1 \over {sin^2 x}} \, dx</math><br/>
 +
<math>({u \over v})'={{u'v - u v'} \over {v^2}}</math><br/>
 +
<math>v=sinx</math><br/>
 +
<math>u'v - u v'= 1</math><br/>
 +
<math>v^2=sin^2 x</math><br/>
 +
<math>v'=cosx</math><br/>
 +
<math>u' sinx - u cosx = 1</math> (das klappt mit u'=sinx und u=-cosx)<br/>
 +
<math>u=-cosx</math><br/>
 +
<math>\int {1 \over {sin^2 x}} \, dx  = {-cosx \over sinx} +c = -{cosx \over sinx} +c</math><br/>
 +
 
 +
= - 6.8 i) =
 +
<math>\int {1 \over {1+x^2}}\, dx</math><br/>
 +
?
 +
 
 +
= - 6.9 e) =
 +
<math>f(x)={1 \over x}</math><br/>
 +
<math>P(e/4)</math><br/>
 +
<math>F(e)=4</math><br/>
 +
<math>F(x)=lnx + c</math><br/>
 +
<math>lne+c=4</math><br/>
 +
<math>1+c=4</math><br/>
 +
<math>c=3</math><br/>
 +
<math>F(x)=lnx+3</math><br/>
 +
 
 +
= - 6.9 f) =
 +
<math>f(x)=2^x</math><br/>
 +
<math>P(1/3)</math><br/>
 +
<math>F(1)=3</math><br/>
 +
<math>f(x)=e^{x ln(2)}=</math><br/>
 +
<math>F(x)={1 \over ln2}e^{x ln(2)}+c</math><br/>
 +
<math>3={1 \over ln2}e^{1 ln(2)}+c</math><br/>
 +
<math>3={2 \over ln2}+c</math><br/>
 +
<math>c=3-{2 \over ln2}</math><br/>
 +
<math>F(x)={1 \over ln2}e^{x ln(2)}+3-{2 \over ln2}</math><br/>
 +
 
 +
= - 6.22 d) =
 +
<math>\int { 1 \over \sqrt {1-x}} \, dx</math><br/>
 +
<math>u=1-x</math><br/>
 +
<math>{du \over dx}=-1</math><br/>
 +
<math>dx=-dx</math><br/>
 +
<math>\int { 1 \over \sqrt {1-x}} \, dx= -\int {1 \over \sqrt {u}}\, du=-\int {u^{-{1 \over 2}}}\, du</math><br/>
 +
<math>=-{1 \over 2} u^{1\over2}+c</math><br/>
 +
<math>=-{1 \over 2} (1-x)^{1\over2}+c</math><br/>
 +
<math>=-{1 \over 2} \sqrt{1-x}+c</math><br/>
 +
<math>={- \sqrt{1-x} \over 2}+c</math><br/>
 +
 
 +
= - 6.23 d) =
 +
<math>\int { 2a \over  {a+2x}} \, dx</math><br/>
 +
<math>u=a+2x</math><br/>
 +
<math>{du \over dx}=2</math><br/>
 +
<math>dx={du \over 2}</math><br/>
 +
<math>\int { 2a \over  {a+2x}} \, dx={1 \over 2} \int {2a \over u} \, du</math><br/>
 +
<math>={2a \over 2} lnu+c=a \cdot lnu+c</math><br/>
 +
<math>=a \cdot ln(a+2x)+c</math><br/>
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<math>=ln((a+2x)^a)+c</math><br/>
 +
 
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= - 6.24 d) =
 +
<math>\int { 2 \over \sqrt[3] {4x-1}} \, dx</math><br/>
 +
<math>u=4x-1</math><br/>
 +
<math>{du \over dx} = 4</math><br/>
 +
<math>dx = {du \over 4}</math><br/>
 +
<math>\int { 2 \over \sqrt[3] {4x-1}} \, dx = {1 \over 4} \int {2 \over \sqrt[3]{u}} \, du={2 \over 4} \int {u^{-{1 \over 3}}} \, du={1 \over 2} \int {u^{-{1 \over 3}}} \, du</math><br/>
 +
<math>={1 \over 2} \cdot {2 \over 3} u^{2 \over 3}+c</math><br/>
 +
<math>={2 \over 6} (4x-1)^{2 \over 3}+c</math><br/>
 +
<math>={1 \over 3} \sqrt[3]{(4x-1)^2}+c</math><br/>
 +
 
 +
= - 6.25 d) =
 +
<math>\int (e^{3x} - e^{-3x}) \, dx</math><br/>
 +
<math>=\int {e^{3x}} \,dx - \int {e^{-3x}} \, dx </math><br/>
 +
<math>={1 \over 3} e^{3x} - {-1 \over 3} e^{-3x}+c</math><br/>
 +
<math>={{e^{3x} + e^{-3x}} \over 3}+c</math><br/>

Latest revision as of 19:46, 4 December 2008

allgemein

homogene DGL
(oder auch höhere Ableitungen von y)
inhomogene DGL

Gelöst witd zuerst die homogene DGL - die Lösung der inhomogenen ist eine (irgend eine) Löung der inhomogenen plus die allgemeine Löung der homogenen

- 4.1 d)


- homogene -

D.h. y zweimal differenziert ist 0, da kann y maximal x sein (Polynom ersten Grades). Homogene Lösung (allgemein)

- spezielle Lösung -

Einfach zweimal integrieren:

(kein +C, da man ja nur eine spezielle Lösung sucht!)

- Gesamtlösung -


(a,b beliebig)

- 4.1 e)


- homogene -


- spezielle -



- Gesamtlösung -


- 4.1 f)


- homogene (wie schon zwei Mal) -

- spezeille -




- Gesmatlösung -

- 4.2 c)




- allgemein -






[1]
[2]
Jetzt in [2] laut Anfangsbedingung einsetzen:


Jetzt in [1] laut Anfangsbedingung einsetzen:




- 4.2 d)




- allgemein -





[1]
[2]
Einsetzen in [2]


Einsetzen in [1]



- 4.3 a)









Einsetzen y(0)=1


Einsetzen y6)=1





- 4.3 b)









Einsetzen => lineares Gleichungssystem:


[1]


[2]
Subtrahiere [1] von [2]


Einsetzen in [1]



- 4.4

Vorläufig aufgeschoben...  ? Biegung ?

- 4.7 g)



(* dx / )
(integrieren)


Probe:


passt

- 4.7 h)



(* dx / cosx / y)
(integrieren)

(e^ )

Probe:




- 4.7 i)



(* dx / y / sinx)
(integrieren)
(e^ )

Probe:

()

passt

- 4.8 g)




(* dx / x / y)
(integrieren)


Probe:







passt
Ensetzen y(1)=1


- 4.8 h)



(* dx / sqrt(x) / (1-2y))
(integrieren)

(e^ )




Probe:





passt

- 6.8 h)







(das klappt mit u'=sinx und u=-cosx)


- 6.8 i)


?

- 6.9 e)









- 6.9 f)










- 6.22 d)










- 6.23 d)









- 6.24 d)









- 6.25 d)