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diff --git a/content/dgl.tex b/content/dgl.tex index 5f82004..9c917c0 100644 --- a/content/dgl.tex +++ b/content/dgl.tex @@ -127,3 +127,61 @@ Besitzt \(x'=f(x)\) eine LF so ist \(x_0=0\) stabil. Gilt weiter \(\forall x \in U_r(0) \setminus \{0\} : V'(x) \cdot f(x) < 0\) so ist \(x_0\) asymptotisch stabil. \section*{Randwertprobleme} + +\(a,b \in \R, a < b, \J := [a,b], q \in C(\J), p \in C^1(\J), p > 0\) + +\(L : C^2(\J) \to C(\J), \ Lu := (pu')'+qu\) ist \emph{selbstadj. Differentialoperator 2. Ordnung}. + +\spacing + +\(r \in C(\J), \ \alpha_i,\beta_i \in \R, \ (\alpha_0,\alpha_1) \neq (0,0) \neq (\beta_0,\beta_1)\) + +\(R_a,R_b : C^2(\J) \to \R\) sind \emph{Randoperatoren}: +\begin{align*} + R_a u :&= \alpha_0 u(a) + \alpha_1 p(a)u'(a) \\ + R_b u :&= \beta_0 u(b) + \beta_1 p(b)u'(b) +\end{align*} + +\subsection*{Sturmsches Randwertproblem} + +Sei \(\gamma_a, \gamma_b \in \R\). \[(Lu)(t)=r(t) \text{ mit } R_a u = \gamma_a, \ R_b u = \gamma_b\] + +Gilt \(R_a u = u(a), \ R_b u = u(b)\) so handelt es sich um Randoperatoren 1. Art in einem Dirichlet RWP. + +\spacing + +Gilt \(R_a u = u'(a), \ R_b u = u'(b)\) so handelt es sich um Randoperatoren 2. Art in einem Neumann RWP. + +\spacing + +Für \(t_0 \in \J, \ \alpha,\beta \in \R\) hat AWP \((Lu)(t)=r(t)\) mit \(u(t_0)=\alpha\) und \(u'(t_0)=\beta\) genau eine Lsg. auf \(\J\). + +\spacing + +Lösen lin. unabhg. \(u_1,u_2 : \J \to \R\) die homogene Gl. \((Lu)(t)=0\), so bilden \(u_1,u_2\) ein FS von \(Lu=0\). + +Ist zusätzlich \(u_s : \J \to \R\) spezielle Lsg. von \(Lu=r\) so ist die die allg. Lsg. von \(Lu=r\) geg. durch: \[u_s+c_1 u_1+c_2 u_2 \text{ mit } c_1, c_2 \in \R\] + +\subsubsection*{Charakterisierung des FS von \(Lu=0\)} + +Seien \(u,v : \J \to \R\) Lsg. von \(Lu=0\). Dann: \[\exists c \in \R \forall t \in \J : p(t)(u(t)v'(t)-v(t)u'(t)) = c\] + +\(\{u,v\}\) ist ein FS von \(Lu=0\) gdw. Konstante \(c \neq 0\). + +\subsubsection*{Spezielle Lösung von \(Lu=r\)} + +Sei \(u,v : \J \to \R\) FS von \(Lu=0\), \(c = c(u,v) \in \R\) die Konstante aus Char. und für \(\tau \in \J\): \[u_\tau(t) := \frac{1}{c} (u(\tau)v(t)-u(t)v(\tau))\] + +Für \(t \in \J)\): \(u_s(t) := \displaystyle\int_a^t u_\tau(t) r(\tau) d\tau\) + +Dann gilt \(u_s(a) = u_s'(a) = 0\) also \(R_a u_s = 0\) und \(u_s\) ist spezielle Lösung von \(Lu=r\). + +\subsubsection*{Allgemeine Lösung von \(Lu=r\)} + +\vspace*{-4mm} +\begin{align*} +u_s(t)+c_1 u(t) + c_2 v(t) &= u(t)\left(c_1-\frac{1}{c}\int_a^t v(\tau) r(\tau) d\tau \right) \\ +&+ v(t)\left(c_2+\frac{1}{c}\int_a^t u(\tau)r(\tau) d\tau \right) +\end{align*} + +\subsection*{Greensche Funktion} |