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La solución de una ecuación diferencial con un factor de $2$ en el argumento de la función desconocida.

La conocida identidad trigonométrica

$$2\sin(x)\cos(x) = \sin(2x)$$

da el uso de la ecuación diferencial (que no estoy seguro califica como una ODA, dado el factor en el argumento?)

$$2f(x)f'(x) = f(2x)$$

Suponiendo que uno no tenía idea de que $\sin(x)$ es una solución para esta ecuación, me preguntaba si había una manera de obtener la solución de todos modos.

Mi intento

Suponga que $f(x)$ tiene un poder de expansión de la serie válida para todos los valores de $x$ que nos interesa, que es

$$f(x) = \sum_{n=0}^{\infty}a_nx^n$$

para algunos coeficientes de $a_n$.

Conectar este en el que nos da

$$\sum_{n=0}^\infty 2^na_nx^n=2\left(\sum_{n=0}^\infty a_nx^n\right)\left(\sum_{n=0}^\infty (n+1)a_{n+1}x^n\right) \tag1$$

Suponiendo que la convergencia absoluta, podemos reescribir el lado derecho de usar el producto de Cauchy de la fórmula:

\begin{align} \left(\sum_{n=0}^\infty a_nx^n\right)\left(\sum_{n=0}^\infty (n+1)a_{n+1}x^n\right)&=\sum_{n=0}^\infty\sum_{k=0}^n(k+1)a_{k+1}x^ka_{n-k}x^{n-k}\\ &=\sum_{n=0}^\infty x^n\sum_{k=0}^n(k+1)a_{k+1}a_{n-k} \end{align}

Conectando a $(1)$ y la comparación de los coeficientes de las potencias de $x$, obtenemos:

$$a_n=2^{1-n}\sum_{k=0}^n(k+1)a_{k+1}a_{n-k}$$

Sin embargo, no tengo idea de cómo proceder con esta relación de recurrencia para los coeficientes de la alimentación de la serie que estoy buscando.

Por lo tanto, mis dos preguntas son:

$1.$ Mi enfoque correcto y es allí una manera de resolver esta relación de recurrencia para la conocida coeficientes de el poder de expansión de la serie de $\sin(x)?$

$2.$ Existe un enfoque general que es tal vez menos engorroso problema de este tipo?

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Simple Art Puntos 745

Uno podría imaginar que la solución a un aumento exponencial de la forma siguiente:

$$f(x)=ae^{bx}$$

Sustituyendo valores, tenemos

$$2a^2be^{2bx}=ae^{2bx}$$

$$\implies2ab=1$$

$$\implies a=1/2b$$

$$\implies f(x)=\frac1{2b}e^{bx}$$

que es otra solución más general para su ecuación diferencial. Si $b$ es compleja, se podría acabar con $f(x)=\sin(x)$ debido a la fórmula de Euler.

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CodingBytes Puntos 102

Entrar en la "Ansatz" $$f(x):=\sum_{k=0}^n a_k x^k$$ con, por ejemplo, $n=8$ en Mathematica y poner los coeficientes de $$\psi:=2f(x)f'(x)-f(2x)+O[x]^{n+1}$$ a $0$ produce sucesivos valores numéricos $a_k$ $(0\leq k\leq n)$ que se puede atribuir a la solución siguiente funciones: $$f(x)=\qquad x\>,\qquad{1\over2\lambda}e^{\lambda x}\>,\qquad {1\over\lambda}\sin(\lambda x)$$ con $\lambda\ne0$ a un arbitrario complejo constante.

Tenga en cuenta que una solución que es $\ne0$ en un pinchazo en un vecindario $\dot U$ $0$ es automáticamente $C^\infty$$\dot U$. Pero podría existir soluciones que tiene una singularidad esencial en a $0$.

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