100% tevredenheidsgarantie Direct beschikbaar na betaling Zowel online als in PDF Je zit nergens aan vast
logo-home
Summary Difference- & Differential Equations for EOR (RUG) €11,94   In winkelwagen

Samenvatting

Summary Difference- & Differential Equations for EOR (RUG)

 8 keer bekeken  0 keer verkocht

Summary for the course Difference- & Differential Equation for the bachelor programme Econometrics & Operations Research containing all important concepts discussed in the lectures. Lecture slides made by A. van der Made. 2nd year course taught by D. Vullings.

Voorbeeld 4 van de 45  pagina's

  • Ja
  • 14 januari 2024
  • 45
  • 2023/2024
  • Samenvatting
book image

Titel boek:

Auteur(s):

  • Uitgave:
  • ISBN:
  • Druk:
Alle documenten voor dit vak (1)
avatar-seller
woutervoskuilen
Difference- & Differential Equations
Summary
EBB812A05
Semester I B


Wouter Voskuilen
S4916344


Contents
1 Week 1 2
1.1 Lecture 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Lecture 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Week 2 10
2.1 Lecture 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Lecture 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3 Week 3 18
3.1 Lecture 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Lecture 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4 Week 4 25
4.1 Lecture 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2 Lecture 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5 Week 5 31
5.1 Lecture 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.2 Lecture 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

6 Week 6 40
6.1 Lecture 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
6.2 Lecture 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

7 Week 7 44
7.1 Lecture 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44




1

,Wouter Voskuilen Difference- & Differential Equations


1 Week 1
1.1 Lecture 1
A first order differential equation (first order ODE) is an equation of the form
F (t, x(t), x′ (t)) = 0, t∈T, (1)
where F is a function of (at most) 3 variables and T ⊆ R is connected.

NB: we confine attention to the ODEs that can be written as a recurrence relation:
x′ (t) = H(t, x(t)), t∈T,
for some function H.

Some important concepts:
− Ordinary: the function x is only differentiated with respect to one variable. This
variable is often time and denoted t.
− A first-order ODE that does not depend on t explicitly, i.e. that can be written as
F (x(t), x′ (t)) = 0, is called autonomous.
− If (y, z) 7→ F (t, y, z) is affine for all t ∈ T , then (1) is linear.
− A solution of the ODE (1) is a differentiable function x : T → C that satisfies (1).
− The general solution of (1) is the set containing all solutions of (1). So, an element of
the general solution is a function.
− An ODE like (1) together with an initial condition x(t0 ) = x0 is called an initial value
problem. A solution of the ODE that also satisfies the initial condition is a solution of
the initial value problem.
Let f and g be continuous functions. Four types of first order ODEs for which a general
method can be used to find solutions are:
1) x′ (t) = g(t) (type I ODE)
2) x′ (t) = f (t)g(x(t)) (seperable ODE)
3) x′ (t) = f (t)x(t) (homogeneous linear ODE)
4) x′ (t) = f (t)x(t) + g(t), g ̸≡ 0 (inhomogenous linear ODE)
NB: The symbol ≡ is used for constant functions, i.e. functions that attain only one value
over their entire domain.




2

,Wouter Voskuilen Difference- & Differential Equations


Solutions of Type I ODEs
Consider an ODE of the following form:
x′ (t) = g(t), t∈T.
Solutions of this type can be found by integrating both sides:
Z t Z t Z t

x(t) − x(t0 ) = x (s)ds = g(s) ⇒ x(t) = g(s)ds + x(t0 ).
t0 t0 t0

So, the general solution of a type I equation reads
Z t
x(t) = g(s)ds + c, t ∈ T , c ∈ C.
t0


Solutions of Seperable ODEs
Consider an ODE of the following form:
x′ (t) = f (t)g(x(t)), t∈T.
Suppose g(x) ̸= 0 for all x. The ODE can then be written as follows:
x′ (t)
= f (t), t∈T.
g(x(t))
Suppose we can find a primitive P of 1/g and a primitive F of f . Then by the Chain Rule:
Z t ′ Z t
x (t)
ds = P (x(t)) − P (x(t0 )) = f (s)ds = F (t) − F (t0 ).
t0 g(x(t)) t0

yielding the implicit general solution
P (x(t)) = F (t) + c, t∈T, c ∈ C.

Solutions of Homogeneous Linear ODEs
Consider an ODE of the following form:
x′ (t) = f (t)x(t), t∈T
Because this ODE is a special case of a seperable equation (with g : x 7→ x), we can again
apply the method of seperation of variables:
Z t ′ Z t
x (s)
ds = f (s)ds ⇒ log|x(t)| = F (t) + c, c ∈ R,
t0 x(s) t0

where F is a primitive of f .
So, |x(t)| = eF (t)+c and the general solution is consequently
x(t) = DeF (t) , t∈T, D ∈ R.

3

, Wouter Voskuilen Difference- & Differential Equations


The General Solution of Inhomogeneous Linear ODEs
Consider an ODE of the form

x′ (t) = f (t)x(t) + g(t), t∈T, (2)

with g ̸≡ 0.

To find solutions of this ODE we use the following result:

Theorem:
Let x∗ be a particular solution of (2). Then every solution of (2) can be written as the
sum of x∗ and a solution of the homogeneous equation x′ (t) = f (t)x(t). Conversely, any
function that can be written as the sum of x∗ and a solution of x′ (t) = f (t)x(t) is a solution
of (2). The proof is as follows:

• Suppose x1 is a solution of (2). Then:

(x1 − x∗ )′ = x′1 − x∗′ = (f x1 + g) − (f x∗ + g) = f (x1 − x∗ ).

So, x1 − x∗ is a solution of the homogeneous equation x′ = f x. The first claim now
follows by noting that x1 = x∗ + (x1 − x∗ ).

• Let y be a solution of the homogeneous equation x′ = f x. Then:

(x∗ + y)′ = x∗′ + y ′ = (f x∗ + g) + f y = f (x∗ + y) + g.

We conclude that x∗ + y is a solution of (2).

Example
Consider the following ODE:
2 +t
x′ (t) = 2tx(t) + et , t ∈ R.

We first determine the general solution of x′ (t) = 2tx(t):

x′ (t) 2
= 2t ⇒ log|x(t)| = t2 + c̃, c̃ ∈ R ⇒ x(t) = cet , c ∈ R.
x(t)
2 +t
Next, we ”figure out” that x∗ (t) = et is a particular solution of the inhomogeneous ODE.
So, the general solution reads:
2 2 +t
x(t) = cet + et , t ∈ R, c ∈ R.




4

Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:

Verzekerd van kwaliteit door reviews

Verzekerd van kwaliteit door reviews

Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!

Snel en makkelijk kopen

Snel en makkelijk kopen

Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.

Focus op de essentie

Focus op de essentie

Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!

Veelgestelde vragen

Wat krijg ik als ik dit document koop?

Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.

Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?

Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.

Van wie koop ik deze samenvatting?

Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper woutervoskuilen. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.

Zit ik meteen vast aan een abonnement?

Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €11,94. Je zit daarna nergens aan vast.

Is Stuvia te vertrouwen?

4,6 sterren op Google & Trustpilot (+1000 reviews)

Afgelopen 30 dagen zijn er 67232 samenvattingen verkocht

Opgericht in 2010, al 14 jaar dé plek om samenvattingen te kopen

Start met verkopen
€11,94
  • (0)
  Kopen