Giải toán trực tuyến W | A




Vẽ đồ thị trong Oxyz plot3D(f(x,y),x=..,y=..)
Vẽ đồ thị trong Oxy plot(f(x),x=..,y=..)
Đạo hàm derivative(f(x))
Tích phân Integrate(f(x))


Giải toán trực tuyến W|A

MW

Chủ Nhật, 13 tháng 1, 2013

GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN . Chương 2- PHẦN 3 .





GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN .


Chương 2-

PHẦN 3 .







Sơ lược về chuỗi hình học .
Tiêu chuẩn hội tụ - Chuỗi lũy thừa - Bán kính hội tụ .
Nghiệm chuỗi của phương trình vi phân .
Ứng dụng nghiệm chuỗi cho  phương trình Airy và phương trình Hermite .  








Loạt bài sau đây giới thiệu về phương trình vi phân một cách tổng quan , các khái niệm cơ bản và phương pháp giải được trình bày tinh giản dễ hiểu . Bạn đọc có thể sử dụng các phần mềm hoặc công cụ online trích dẫn chi tiết trong bài viết này để hỗ trợ cho việc học tập và nghiên cứu . Ngoài ra tác giả cũng sẽ đề cập đến những ví dụ minh họa cụ thể , các mô hình thực tế có ứng dụng trong lĩnh vực phương trình vi phân .  



Trần hồng Cơ .
30/12/2012 .


****************************************************************************

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States License.



1. Sơ lược về chuỗi hình học .
1.1  Chuỗi hữu hạn - chuỗi vô hạn . 
+ Chuỗi hữu hạn được xác định bởi 


+ Chuỗi vô hạn được xác định bởi  

Một vấn đề đặt ra là tìm số hạng tổng quát  an của chuỗi với một số giả thiết . 
Ví dụ . Tìm số hạng tổng quát  an của dãy số sau 
6 + 3 + 3/2 + 3/4 + 3/8 + ...
* Dùng Maple .

Bạn dùng lệnh >rsolve(eq,a(n)) tìm biểu thức  an của   chuỗi số .




** Dùng công cụ trực tuyến WA .
Bạn truy cập địa chỉ http://cohtrantmed.yolasite.com/widgets-trực-tuyến.php
Tìm chỉ mục G11.2 Đa thức truy hồi 

nhập liệu như hình vẽ , click Submit .
Xem thêm các chỉ mục từ bài viết 
 http://cohtran.blogspot.com/2012/04/cac-vi-du-minh-hoa-cach-su-dung-cong-cu_21.html

1.2  Chuỗi hình học - Geometry Series .

+Xét cấp số nhân - geometry sequence 

Tổng n số hạng đầu tiên là một chuỗi hữu hạn ký hiệu Sn và được tính bởi 


*Chuỗi hình học phân kỳ khi  |q| >= 1 .
*Chuỗi hình học hội tụ khi  |q| < 1 .
Ta có thể xem chuỗi  hình học hội tụ thỏa mãn 



+Thay  q = x   , ta có 

+Thay  q = - x   , ta có




+Tương tự cho các biểu thức theo biến , ta thu được  


1.3  Một vài ứng dụng của chuỗi hình học -

+ Khai triển chuỗi của hàm y = ln(x +1


+ Khai triển chuỗi của hàm y = arctanx  


Đồ thị hàm y = arctanx và xấp xỉ dạng chuỗi được mô tả trong hình sau ( màu đen : hàm arctanx ; màu đỏ :  chuỗi xấp xỉ  )
   


Nguồn : http://www.sosmath.com/calculus/powser/powser01.html

2. Tiêu chuẩn hội tụ - Chuỗi lũy thừa - Bán kính hội tụ .


2.1  Tiêu chuẩn hội tụ . 

+Chuỗi hội tụ : khi tổng riêng hữu hạn thứ n của nó tiến đến giá trị hữu hạn 

Ví dụ . Chuỗi  1/3 + 1/15 + 1/35 + 1/63 + 1/99 + ...
là chuỗi hội tụ .

+Chuỗi phân kỳ : khi tổng riêng hữu hạn thứ n của nó không tiến đến giá trị hữu hạn


Ví dụ . Chuỗi  1/2 + 2/5 + 3/8 + 4/11 + 5/14 + ...
là chuỗi phân kỳ .


a. Điều kiện cần của chuỗi hội tụ .

b. Hệ quả . 

c. Một vài tiêu chuẩn hội tụ của chuỗi dương . 
1. Cho 2 chuỗi dương 


2.  Ít nhất một trong các đại lượng sau

 3. Cho 

d. Định lý Leibniz . 


Cho chuỗi đan dấu 
a1 - a2 + a3 - a4 + a5 - ... - an-1  +  a ...  >  0 
Với  { a} là dãy dương giảm ,  lim  a  = 0  
Khi đó chuỗi  đan dấu hội tụ .        


e. Định lý hội tụ cho chuỗi dấu bất kỳ .  


Cho chuỗi dấu bất kỳ
a1 + a2 + a3 + a4 + a5 + ... + an-1  +  a  + ...  (A)
Nếu chuỗi 
|a1| + |a2| + |a3| + |a4| + |a5| + ... + |an-1|  +  |a| + ...

hội tụ thì chuỗi (A) hội tụ .

2.2  Định nghĩa chuỗi lũy thừa .  


Chuỗi lũy thừa theo biến x tại lân cận điểm  xo   có dạng  (1) 

Ví dụ :


 







2.3 Bán kính hội tụ .
a. Định lý Abel .
Cho chuỗi lũy thừa 

b. Bán kính hội tụ . 


+ Xét chuỗi (1) do định lý Abel , (1) sẽ có khoảng hội tụ L với tâm là điểm  xo
L = { x | x  -   xo  | < R }
hay  L = { x /  xo  - R <  x  <   xo + R   } .
Trường hợp đặc biệt đối với chuỗi (2) thì  xo  = 0 .

Số  R  được gọi là bán kính hội tụ .    
Nếu   R  = 0 thì (1) chỉ hội tụ tại điểm xo  . 
Nếu   R  = oo  thì (1) hội tụ trên toàn trục Ox 
(-oo , +oo )       
+ Để tìm khoảng hội tụ ta tìm bán kính hội tụ R và giải bất phương trình 
| x  -   xo  | < R  <=>  - R  <  x  -   xo  < R 
<=>   xo  - R <  x  <   xo + R  . 
Từ đó tìm ra khoảng hội tụ   L . + Công thức tính bán kính hội tụ .




Ví dụ : Xét sự hội tụ , tính bán kính hội tụ và tìm khoảng hội tụ L của các chuỗi sau


 








Lời giải .
khai triển biểu thức này bằng Maple 
>Raabe:=n*(((n+2)/(n+1))^5*((2*n+1)/(2*n+3))-1)+2;
>A:=expand((n+2)^5*(2*n+1)):
>B:=expand((n+1)^5*(2*n+3)):
>T:=simplify(A/B-1):
>R:=n*T+2:
> Raabe:= simplify(R);

kết quả ta thu được 


 





Dễ thấy rằng Raabe > 1  nên chuỗi đã cho là phân kỳ .
Lưu ý : Nếu dùng tiêu chuẩn D'Alembert bạn đọc có thể kiểm tra bằng đồ thị với các lệnh sau 
>D_Alembert:=((x+2)/(x+1))^5*((2*x+1)/(2*x+3));
>plot([D_Alembert,1],x=0..50,y=-2..10,
thickness=[3,1]);
Đồ thị biểu diễn biểu thức theo D'Alembert nằm phía trên đường thẳng  y  =  1 ( không thỏa mãn điều kiện có cận trên đúng  < 1 )  nên chuỗi đã cho là phân kỳ .


3. Nghiệm chuỗi của phương trình vi phân .
3.1  Đạo hàm chuỗi .

Xét chuỗi lũy thừa (2) , giả sử rằng (2) liên tục và hội tụ đều trên khoảng hội tụ L . Khi đó đạo hàm chuỗi (2) được cho bởi



Tóm lại :

** Muốn thay chỉ số k chạy từ n thành 0 , ta cộng thêm n vào tất cả các thành phần nào có chứa chỉ số k trong chuỗi ban đầu ( thay k = k+n )



3.2  Nghiệm chuỗi của phương trình vi phân hệ số hằng thuần nhất .
Với công thức đạo hàm chuỗi ở 3.1 , khi thay vào phương trình vi phân hệ số hằng thuần nhất , ta có thể rút gọn và đưa về phương trình truy hồi theo ẩn số an . Việc giải và tìm ra các hệ số  an  sẽ cho ta biểu thức nghiệm của phương trình vi phân .
Xét các ví dụ sau đây    


Ta có thể tìm a2 qua a0  , a3 qua a1 , a4 qua a2 rồi thay bằng biểu thức có a0  ,  a5 qua a3 rồi thay bằng biểu thức có a1  ...v.v. Tuy nhiên như đã trình bày ở phần 1.1 bạn dùng lệnh >rsolve(eq,a(n)) tìm biểu thức   ak   của   chuỗi số .
>restart;eq:={(k+1)*(k+2)*a(k+2)+9*a(k)=0,a(0)=C_1,a(1)=C_2};
>reeq[k]:=rsolve(eq,a(k));
>y:=sum(reeq[k]*x^k,k=0..10);

Kết quả thu được như sau 

Xem tiếp :




 http://cohtran-toan-don-gian.blogspot.com/2012/12/gioi-thieu-ve-phuong-trinh-vi-phan_29.html




Creative Commons License
-------------------------------------------------------------------------------------------
Toán học thuần túy, theo cách của riêng nó, là thi ca của tư duy logic.
Pure mathematics is, in its way, the poetry of logical ideas.
Albert Einstein .

3 nhận xét :

  1. Nội dung bài viết dễ đọc với các đoạn Maple code .

    Trả lờiXóa
  2. Chào Thầy , Thầy có thể cho đăng toàn bộ bài viết Giới thiệu về phương trình vi phân này được không . Như vậy sẽ dễ dàng theo dõi liên tục các bài viết này , nói chung về nội dung đã được hệ thống rất hay , dễ hiểu , có tính ứng dụng nhiều .

    Trả lờiXóa
  3. Giáo trình này khá nhiều , khoảng 800-900 trang nên việc đăng toàn văn hơi khó . Mặt khác tác giả có bổ sung thêm các công cụ trực tuyến và phần mềm ứng dụng vào các bài giảng , bạn có thể theo dõi đầy đủ tại địa chỉ sau :


    http://cohtran-toan-don-gian.blogspot.com/p/gioi-thieu-ve-phuong-trinh-vi-phan.html

    Trả lờiXóa

Cám ơn lời bình luận của các bạn .
Tôi sẽ xem và trả lời ngay khi có thể .


I will review and respond to your comments as soon as possible.,
Thank you .

Trần hồng Cơ .
Co.H.Tran
MMPC-VN
cohtran@mail.com
https://plus.google.com/+HongCoTranMMPC-VN/about

*******

Blog Toán Cơ trích đăng các thông tin khoa học tự nhiên của tác giả và nhiều nguồn tham khảo trên Internet .
Blog cũng là nơi chia sẻ các suy nghĩ , ý tưởng về nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau .


Chia xẻ

Bài viết được xem nhiều trong tuần

CÁC BÀI VIẾT MỚI VỀ CHỦ ĐỀ TOÁN HỌC

Danh sách Blog

Gặp Cơ tại Researchgate.net

Co Tran