Apartigo de variabloj

En matematiko, apartigo de variabloj estas ĉiu el kelkaj manieroj de solvado de ordinaraj kaj partaj diferencialaj ekvacioj, en kiu algebro permesas reskribi la ekvaciojn tiel, ke ĉiu el du variabloj okazos en malsama flanko de la ekvacio.

Ordinaraj diferencialaj ekvacioj (ODE)Redakti

Supozu ke la diferenciala ekvacio povas esti skribita en la formo

 

kiun oni povas skribi pli simple per uzo de  :

 

Oni povas reordigi la termojn por ricevi la jenon

 

se  .

Integralante ambaŭ flankojn de la ekvacio je  , oni ricevas la jenon

 

kiu estas ekvivalento de

 

pro la anstataŭa regulo por integraloj.

Se oni povas komputi la du integralojn, oni povas trovi solvaĵo de la diferenciala ekvacio. Rimarku ke ĉi tiu procezo fakte permesas trakti la derivaĵon   kiel frakcio kiu povas esti apartigita. Ĉi tio permesas solvi apartigeblajn diferencialajn ekvacioj pli oportune, kio demonstracitas en la ekzemplo pli sube.

Notu ke, kiu oni ne bezonas uzi du konstantojn de integralado, en ekvacio (2) kiel en

 

ĉar la sola konstanto   estas ekvivalento.

EkzemploRedakti

La ordinara diferenciala ekvacio

 

povas esti skribita kiel

 

Se oni estigu   kaj  , oni povas skribi la diferencialan ekvacion en la formo de ekvacio (1) pli supre. Tial, la diferenciala ekvacio estas apartigebla.

Per la pruvo pli supre, oni povas trakti   kaj   kiel apartaj valoroj, tiel ke ambaŭ flankoj de la ekvacio povas esti multiplikitaj per  . Sekve dividante ambaŭ flankojn per  , oni havas la jenon

 

Je ĉi tiu punkto oni havi apartigitajn la variablojn x kaj y unu de la alia, ĉar x aperas nur en la dekstra flanko de la ekvacio kaj y nur en la maldekstra.

Integralante ambaŭ flankojn, oni ricevas la jenon

 

kiu, tra partaj frakcioj, fariĝas

 

kaj tiam

 

kie C estas la konstanto de integralado. Iom de algebro donas solvaĵon por y:

 

Partaj diferencialaj ekvacioj (PDE)Redakti

Estu donita diferenciala ekvacio en partaj derivaĵoj de funkcio

 

de n variabloj.

Se la funkcio estas de formo

 

 

ĉi tio traformigas la diferencialan ekvacion en partaj derivaĵoj en aron de ODE. Kutime, ĉiu sendependa variablo kreas apartigan konstanton, kiu ne povas esti difinita nur de la ekvacio mem.

Ekzemplo 1Redakti

Estu F(x, y, z) kaj jena PDE:

 

Ĉi tie

 

tial la ekvacio (1) reformiĝas al

 

(ĉar  ).

Nun, ĉar X'(x) estas dependa nur de x kaj Y'(y) estas dependa nur de y kaj Z'(z) estas dependa nur de z ĉiu el la pertoj estas konstanto. Pli detale,

 

estas konstantoj c1, c2, c3 kontentigaj je:

 

(3) estas reale aro de tri ODE. En ĉi tiu okazo ili estas solveblaj per simpla integralado kiu donas la jenon

 

kie la integralada konstanto c4 estas difinita per komencaj kondiĉoj.

ProgramaroRedakti

Xcas:[1] split((x+1)*(y-2),[x,y]) = [x+1,y-2]

  1. http://www-fourier.ujf-grenoble.fr/~parisse/giac/cascmd_en.pdf