System of ODEs
볡μμ 곡νκ³ μλ μνκ³Όμ μ‘Έμ μνμ μν΄ νλΆ μν κ³Όλͺ©λ€μ λ€μ 곡λΆνκ³ μμ΅λλ€λ§β¦ λ―ΈλΆλ°©μ μμ μ‘Έμ μν λμ κ³Όλͺ©μ΄ μλλΌλ κ±Έ λμ€μ μκ² λμμ΅λλ€β¦ OTLβ¦ κ·Έλλ μ΄μ μμν κ±° λ€μ λ³΅μ΅ μ’ ν΄λ΄ μλ€! π λ―ΈλΆλ°©μ μ ν¬μ€νΈ μ 체 보기
λ€μ΄κ°λ©°
λ―ΈλΆλ°©μ μμ λλ¬Όμ λ°°μ°λ κΈ°λ²μ΄λ€. λ―ΈλΆλ°©μ μ κ°μλ₯Ό λ€μ λ, μ§κΈκΉμ§ νλ λ΄μ©μ λκ° λ°λ³΅νλ κ² κ°μμ μ€λ μ€λ λ€μλ κΈ°μ΅μ΄ μλλ°, βμλ―ΈλΆλ°©μ μ(μλ―ΈλΆλ°©μ μ(MATH412))βμ 곡λΆν λ λ€μ λ§λκ² λμμ΅λλ€ π¬
What is it?
μ΄λ»κ² νλμ§λ μ κ°μλ₯Ό μ°Έκ³ ν©μλ·!! κΈ°λ² μ체λ λ³λ‘ μ΄λ ΅μ§ μλ κ² κ°λ€. (κΉλ¨Ήμ§λ§ μλλ€λ©΄!) μ κΈ°λ²μ μ 리νλ €κ³ μ ν¬μ€νΈλ₯Ό μΈ λ§μμ λ¨Ήμ κ²μ μλλ€ γ γ
Simple Harmonic Oscillation
λ―ΈλΆλ°©μ μμ κ·Έλλ μ‘°κΈ νμ΄λ΄€λ€λ©΄,
\[x'' = -\omega^2 x\]λΌλ λ―ΈλΆλ°©μ μμ μ΅μν κ²μ΄λ€. μκ²μ Harmonic Oscillation μν© μ€μμλ μΈλ ₯μ΄ μλ βSimple Harmonic Oscillationβμ ν΄λΉνλ€.
μ΄κ²μ System of ODEλ‘ νννλ©΄ μλμ κ°λ€.
\[\begin{pmatrix} x_0 \\ x_1 \end{pmatrix}' = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ -\omega^2 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_0 \\ x_1 \end{pmatrix}\]κ·Έλ°λ°, μ΄κ±Έ μλ° ννλ‘ ννν΄λ λμΌνλ€!!
\[\begin{pmatrix} x_0 \\ x_1 \end{pmatrix}' = \begin{pmatrix} 0 & \omega \\ -\omega & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_0 \\ x_1 \end{pmatrix}\]μ°λ¦¬λ μ΄ ODEμ ν΄κ° $x_0(t) = \cos \omega t$μμ μκ³ μλ€. μ΄κ±Έ 첫λ²μ§Έ Systemμ μ μ©ν΄λ μ±λ¦½νκ³ , λλ²μ§Έ Systemμ μ μ©ν΄λ μ±λ¦½νλ€!! λλ²μ§Έ Systemμμλ $x_1(t) = \sin \omega t$κ° λμ΄ μ±λ¦½νλ€.
μ΄ μν©μ΄ μ²μμλ μ΄ν΄κ° μ μ λμλλ°, κ°μ System of ODEλ₯Ό νννλ λ°©μμ΄ μ μΌνκ² μ‘΄μ¬ν κ±°λΌκ³ μκ°νλ κ² κ°λ€. κ·Έλ¬λ System of ODEsμ ννμ μ μΌνμ§ μλ€. μμ κ°μ λ°λ‘κ° μ‘΄μ¬νλ€!!
μμμ λμλ λ°©μμ λ°λ₯΄μ§ μμμΌλ System of ODEsκ° μλ건κ°?λΌκ³ μκ°μ΄ λ€ μλ μμ§λ§, System of ODEsλ μ£Όμ΄μ§ βnμ°¨ λ―ΈλΆλ°©μ μμ nκ°μ 1μ°¨ λ―ΈλΆλ°©μ μμΌλ‘ λ°κΎΈλ κ²βλΌκ³ λ§ νμ§ μ νν μ΄λ€ λ°©λ²μ μ¨μΌ νλ€λ λμ€μ§ μλλ€. μ¦, μ΄ κ·μΉμλ§ λ§κ² 보쑰 λ³μλ₯Ό λμ νλ©΄ λλ€λ κ²!
Complex Root Case
Simple Harmonic Oscillationμ κ²½μ°λ Eigen Value $\alpha \pm \beta i$μμ μ€μλΆκ° μλ κ²½μ°μ΄λ€. λ§μ½ μ€μλΆκ° μ‘΄μ¬νλ€λ©΄, System of ODEsλ‘ νννλ©΄ μλμ κ°λ€.
\[\begin{pmatrix} x_0 \\ x_1 \end{pmatrix}' = \begin{pmatrix} \alpha & \beta \\ -\beta & \alpha \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_0 \\ x_1 \end{pmatrix}\]νκ·Όμμ μ€μλΆκ° μ‘΄μ¬νλ€λ©΄, System of ODEsμ νν λ°©λ²μ μ΄κ² λΏμ΄λ€. κ·Έλ¦¬κ³ μ 보면 $Xβ = AX$μ κΌ΄μ κ°μ§λλ°, κΈ°μ λ³ν(change of basis) νμ ννν System of ODEsλ‘ ν΄μν μλ μμ κ² κ°λ€.
λ―Έλ°© μμ μ μ λ°λΌμλ€λ©΄ μ΄λ―Έ μκ² μ§λ§ Solutionμ μλμ κ°λ€.
- $x_0(t) = e^{\alpha} \cos \beta t$
- $x_1(t) = e^{\alpha} \sin \beta t$