공업수학

카테고리: 원하는 부분만 골라! 골라!

순서: 남들이 많이 봤던 내용들만 먼저! 먼저!

키워드 검색: 원하는 내용만 뽑아! 뽑아!

공업수학 한방에 끝내기 2강 2nd-order ODE 두번째 의문

Ch. 2 Second-Order Linear ODEs
작성자
JYSHIN
작성일
2021-09-14 15:13
조회
596


27분 대목에서 가장 아랫줄 풀이를 언급하시는데, 빨간 밑줄 두 식이 다 0이어야 한다고 하시면서 풀어가시는데 그러한 보장은 당장 하기가 어렵지 않나 싶습니다.. exp^(λx)를 공통으로 하여 묶으면 f에 대한 2nd-order Homogeneous Linear ODE를 얻을 수 있습니다.

둘 다 0이라는 건, 위 그림에서 앞 빨간 밑줄이 특성방정식의 좌변이 항상 나오게 되는 자리라 항상 0이고, 그에 따라서 뒤의 빨간 밑줄이 0이 된다는 논리 순서로 접근이 필요하다고 봅니다.

그리고 28분 대목에서,



에서 빨간 글씨 부분에 f''가 0이거나 (2λ-4)f'가 0이거나 되어야 한다고 하셨는데 이것도 보장할 수 없다고 봅니다. 이 논리 전개과정으로부터 f''가 0이라서 가장 간단한 형태로 f=x를 얻을 수 있고, λ=2가 나와서 중근을 판별할 수가 있다고 하는데... 엄연히 중근이라는 논리에서 2λ-4가 0이고 그에 따라 f''가 0이라는 논리가 맞지 않나 싶습니다.

이 식은 다른 시각에서 보면 풀이가 가능한 미분방정식인데,



이렇게 풀이가 가능합니다. 특성방정식에 의해 e의 지수가 0이 되기에 f가 1차함수가 나오고 그 중에 가장 편한 1차함수인 x를 취한 결과가 특성방정식이 중근일 때 나머지 하나의 독립된 특수해를 찾는 결론이 되겠고요~



일반적으로 중근인 경우에 논리가 어떻게 전개되는지가 궁금해서 일반 식으로 찾아보니까 이렇게 나오네요~ 특성방정식이 0이고, 특성방정식이 중근을 가짐에 따라 나머지 빨간 줄도 0이 됨에 따라 풀이가 간단해지는 결론이더라고요~
전체 3

  • 2021-09-14 16:34

    1-1. 먼저, y2의 assumption을 f(x)*exp(lambda*x)라고 했는데 실제로 이 assumption에서 lambda가 일반적인 형태로 쓰여 미지수인 것 처럼 보이지만 실질적으로는 2라는 값을 갖는 상태입니다.

    이를 이해하기 위해서는, y2를 왜 저렇게 assume했는지 그 과정이 중요합니다. y1을 C*exp(lambda*x)로 가정했다가 lambda가 중근을 갖게 되었습니다. 중근이 결국 하나의 일반해만 갖지도 않을까?라는 고민을 하게 됩니다. 그런데 왜 더 하나의 해 함수가 전부가 아니라고 단언할 수 있었을까요? 그 이유는 n-th order ODE의 일반해는 n개를 갖게 되기 때문입니다(덩어리만 보면요.. ㅎㅎ).

    그래서 상수를 f(x)라는 함수로 확장한 겁니다. 그런데 이때, lambda는 이전에 구한 상수로 고정을 시켜버리는 겁니다. 그리고 f(x)가 안 구해지면, 그때 lambda를 미지수로 풀고 일반적인 형태로 돌아가 다시 풀게 됩니다.

    (TMI지만, 이것이 바로 컴퓨터에서의 divide and conquer 방식입니다. 먼저 작은 문제를 풀면서 올라와 더 큰 문제를 해결할 수 있게 하는...)

    1-2. 위는 문제를 해결하려고 하는 과정에서 발생한 그 흐름을 알려드렸습니다. 그리고 또한, 실제로도 왜 0이될 수 밖에 없는지 증명이 가능합니다. 그래서 0일 것이라고 설정하는 것은 문제가 없습니다.

    IMG_AD5565AF90CC-1.jpeg


  • 2021-09-14 16:35

    또한, 어떤 방식으로든 풀리면 됩니다. 아래와 같이 푼 방법 전부 틀린 풀이가 아닙니다.

    IMG_279F6D5EA722-1.jpeg


  • 2021-09-15 07:55

    친절한 답변 감사합니다!


Advanced Engineering Mathematics, Erwin Kreyszig

Ch. 1 First-Order ODEs
Ch. 2 Second-Order Linear ODEs
Ch. 3 Higher Order Linear ODEs
Ch. 4 Systems of ODEs. Phase Plane. Qualitative Methods
Ch. 5 Series Solutions of ODEs. Special Functions
Ch. 6 Laplace Transforms
Ch. 7 Linear Algebra: Matrices, Vectors, Determinants. Linear Systems
Ch. 8 Linear Algebra: Matrix Eigenvalue Problems
Ch. 9 Vector Differential Calculus. Grad, Div, Curl
Ch. 10 Vector Integral Calculus. Integral Theorems
Ch. 11 Fourier series, Integrals, and Transforms
Ch. 12 Partial Differential Equations (PDEs)
Ch. 13 Complex Numbers and Functions
Ch. 14 Complex Integration
Ch. 15 Power Series, Taylor Series
Ch. 17 Conformal Mapping
Ch. 18 Complex Analysis and Potential Theory