• Verkeerd document? Gratis ruilen
  • Geschreven door studenten die geslaagd zijn
  • Direct beschikbaar na je betaling
  • Online lezen of als PDF
Verkopen
Kies je studieland
Kies je taal
Document preview thumbnail
Voorbeeld 3 van de 24 pagina's
Samenvatting

Summary Linear Systems

Document preview thumbnail
Voorbeeld 3 van de 24 pagina's

Summary for Linear systems

Voorbeeld van de inhoud

A.1 Scalar differential equations
Scalar ordinary differential equation of the form

dx
ẋ(t) = f (t, x(t)), ẋ(t) = (t) (A.1)
dt

Definition A.1: Let J ⊂ R be an interval. A function x : J → R is called a solution to the (scalar)
differential equation (in J) if x is differentiable, (t, x(t)) ∈ D for all t ∈ J, and (A.1) holds for all t ∈ J

Problem A.1: Initial value problem. Given a function f : D → R for some D ⊂ R × R and a point (t0 , x0 ),
find a solution x : J → R (as in Definition A.1 with J such that to ∈ J) such that

ẋ(t) = f (t, x(t)), x(t0 ) = x0 (A.6)

Here, the equation x(t0 ) = x0 is referred to as the initial condition.
x(·; t0 .x0 ) denotes a solution to the initial value problem.
Three classes of scalar differential equations for which solutions x can be computed explicitly:

• ẋ(t) = f (t)
where f is independent of x. The unique solution is given by
ˆ t
x(t) = x0 + f (τ ) dτ (A.10)
t0


• ẋ(t) = g(x(t))
The solution is given by
x(t) = ceat , c∈R (A.18)

• ẋ(t) = f (t)g(x(t)) (separable equations)
The solutions are given by: ˆ ˆ
1
dx = f (t)dt (A.25)
g(x)

Sometimes a solution does not exist for the entire domain, or it only exists as a piecewise function.




1

,A.2 Linear differential equations
A linear differential equation is of the form

ẋ(t) = a(t)x(t) + b(t) (A.37)

This is called homogeneous when b(t) = 0 and inhomogeneous otherwise.
The differential operator is L(x) = ẋ − a(t)x Homogeneous equations: ẋ(t) = a(t)x(t) which is separable and
has the class of solutions ˆ
x(t) = CeF (t) , F (t) = a(t) dt (A.44)

Lemma A.1 Consider the initial value problem ẋ(t) = a(t)x(t), x(t0 ) = x0 where a : J → R is continuous
and t0 ∈ J. Then, the unique solution for t ∈ J is
ˆ t
F (t)
x(t; t0 , x0 ) = x0 e , F (t) = a(τ )dτ (A.49)
t0


Nonhomogeneous equations
Lemma A.2 consider the initial value problem ẋ(t) = a(t)x(t) + b(t) , x(t0 ) = x0 where a, b : J → R are
continuous and t0 ∈ J. Then, for t ∈ J the unique solution is:
ˆ t ˆ t
x(t; t0 , x0 ) = x0 eF (t) + eF (t) e−F (τ ) b(τ )dτ , F (t) = a(τ )dτ (A.65)
t0 t0




2

, A.3 Systems of differential equations
A system of ODEs can be written as:

x˙1 (t) = f1 (t, x1 (t), . . . , xn (t))
..
. (A.79)
x˙n (t) = fn (t, x1 (t), . . . , xn (t))

We define: 
  
x1 f1 (t, x1 (t), . . . , xn (t))
 .   .. 
x= .  , f (t, x) =  (A.80)
 .  .

 
xn fn (t, x1 (t), . . . , xn (t))

So equation A.79 then becomes ẋ(t) = f (t, x(t))
√ p
Euclidean norm: |x| = xT x = x21 + x22 + · · · + x2n
Definition A.3 (Lipschitz continuity). A function f : D → Rn with D ⊂ R × Rn is called Lipschitz (in x)
at a point (t′ , x′ ) ∈ D if there exists constants L > 0 and r > 0 such that |f (t, x) − f (t, x′ )| ≤ L|x − x′ | for
all (t, x) such that |x − x′ | < r, |t − t′ | < r and (t, x) ∈ D. If f is Lipschitz (in x) for all (t′ , x′ ) ∈ D, it is
said to be locally Lipschitz (in x) on D.
Theorem A.3 Let f : D → Rn with domain D ⊂ R × Rn be continuous and locally Lipschitz (in x) on D.
If (t0 , x0 ) ∈ D, then there exists a solution to the initial value problem. This solution is unique and can be
extended to the left and right up to the boundary of D.
Any function that has infinite slope at some point is not Lipschitz at that point.
We can transform a higher order differential equation:

y (n) (t) = f (t, y(t), ẏ(t), . . . , y (n−1) (t)) (A.89)

By defining the following matrices:
h iT
T
x = [x1 x2 . . . xn ] = y ẏ . . . y (n−1)

Such that A.89 leads to:    
x˙1 (t) x2 (t)
   
 x˙2 (t)   x3 (t) 
.. ..
   
= (A.91)
   

 . 
 
 . 

xn−1
˙ (t)  xn (t)
   

x˙n (t) f (t, x1 , x2 , . . . , xn−2 (t), xn−1 (t))




3

Documentinformatie

Geüpload op
10 april 2025
Aantal pagina's
24
Geschreven in
2021/2022
Type
Samenvatting
€3,49

Verkeerd document? Gratis ruilen Binnen 14 dagen na aankoop en voor het downloaden kun je een ander document kiezen. Je kunt het bedrag gewoon opnieuw besteden.
Geschreven door studenten die geslaagd zijn
Direct beschikbaar na je betaling
Online lezen of als PDF

Verkocht
3
Volgers
0
Items
22
Laatst verkocht
1 jaar geleden

Echte notities, van echte studenten
Elk document op Stuvia is geschreven door een medestudent die hetzelfde vak deed. Zo leer je van iemand die het al heeft gehaald.



Waarom studenten kiezen voor Stuvia

Gemaakt door medestudenten, geverifieerd door reviews

Kwaliteit die je kunt vertrouwen: geschreven door studenten die slaagden en beoordeeld door anderen die dit document gebruikten.

Niet tevreden? Kies een ander document

Geen zorgen! Je kunt voor hetzelfde geld direct een ander document kiezen dat beter past bij wat je zoekt.

Betaal zoals je wilt, start meteen met leren

Geen abonnement, geen verplichtingen. Betaal zoals je gewend bent via iDeal of creditcard en download je PDF-document meteen.

Student with book image

“Gekocht, gedownload en geslaagd. Zo makkelijk kan het dus zijn.”

Alisha Student

Bezig met je bronvermelding?

Maak nauwkeurige citaten in APA, MLA en Harvard met onze gratis bronnengenerator.

Bezig met je bronvermelding?

Veelgestelde vragen