جميع الكتب

مهني

1 Markets I: The Ecosystem and Exchange-Traded Marketsالأسواق عبر الإنترنتالإنجليزية 2 Markets II: Rates, FX and Creditالأسواق عبر الإنترنتالإنجليزية 3 Markets III: Commodities, Energy and Cryptoالأسواق عبر الإنترنتالإنجليزية 4 Quantitative Methodsالأساليب عبر الإنترنتالإنجليزية 5 Derivatives and Volatilityالمشتقات عبر الإنترنتالإنجليزية 6 Rates, Credit, XVA and Riskالفائدة والائتمان والمخاطر عبر الإنترنتالإنجليزية 7 Research Craft: Predictors, Backtests, Measurement, Portfoliosالبحث عبر الإنترنتالإنجليزية 8 Strategies I: Equities and Futuresالاستراتيجيات عبر الإنترنتالإنجليزية 9 Strategies II: Volatility, Relative Value, Macro and the Bank Desksالاستراتيجيات عبر الإنترنتالإنجليزية 10 Microstructure and Executionالتنفيذ عبر الإنترنتالإنجليزية 11 Market Making and High-Frequency Tradingصناعة السوق عبر الإنترنتالإنجليزية 12 Machine Learning for Marketsتعلم الآلة عبر الإنترنتالإنجليزية 13 Low-Latency Softwareالتكنولوجيا عبر الإنترنتالإنجليزية 14 Networks, Hardware and Trading Infrastructureالتكنولوجيا عبر الإنترنتالإنجليزية 15 Research, Data and Risk Platformsالتكنولوجيا عبر الإنترنتالإنجليزية 16 The Desk and the Firmالشركة عبر الإنترنتالإنجليزية 17 The Industry: Firms, Roles and Careersالمسارات المهنية عبر الإنترنتالإنجليزية 18 Interviews I: Maths, Probability and Speedالمسارات المهنية عبر الإنترنتالإنجليزية 19 Interviews II: Markets, Trading Games and the Final Roundالمسارات المهنية عبر الإنترنتالإنجليزية 20 Interviews III: Codeالمسارات المهنية عبر الإنترنتالإنجليزية
التطبيقات حول المدرب تسجيل الدخول ابدأ القراءة

الرياضيات · المسرد

ما معنى معادلة تفاضلية خطية من الرتبة الثانية؟

يُعرف أيضًا باسم: كثير الحدود المميز

تعريف 5.9 الرياضيات الجامعية — السنة 1 · الفصل 5 — المعادلات التفاضلية الخطية

ليكن a,b∈Ra, b \in \R ولتكن f ⁣:I→Rf \colon I \to \R متصلة. المعادلة

(E) ⁣:y′′+a y′+b y=f(x)(E)\colon\quad y'' + a\,y' + b\,y = f(x)

تُسمّى معادلة خطية من الرتبة الثانية ذات معاملات ثابتة؛ و(H) ⁣:y′′+ay′+by=0(H)\colon y'' + ay' + by = 0 هي معادلتها المتجانسة، و χ(r)=r2+ar+b\chi(r) = r^2 + ar + b هو كثير حدودها المميِّز.

أمثلة

مثال 5.11 (مسألة كوشي من أولها إلى آخرها)

حُلَّ y′′−3y′+2y=0y'' - 3y' + 2y = 0 مع y(0)=0y(0) = 0 و y′(0)=1y'(0) = 1. لكثير الحدود المميِّز r2−3r+2=(r−1)(r−2)r^2 - 3r + 2 = (r - 1)(r - 2) الجذران الحقيقيان 11 و 22: فالحل العام y=λex+μe2xy = \lambda\eu^{x} + \mu\eu^{2x}. ويعطي الشرطان الجملة الخطية

λ+μ=0,λ+2μ=1,\lambda + \mu = 0, \qquad \lambda + 2\mu = 1 ,

ومنه μ=1\mu = 1 و λ=−1\lambda = -1:

y(x)=e2x−ex.y(x) = \eu^{2x} - \eu^{x} .

وللتحقق: y(0)=0y(0) = 0؛ وy′=2e2x−exy' = 2\eu^{2x} - \eu^x يحقق y′(0)=1y'(0) = 1؛ و y′′−3y′+2y=(4−6+2)e2x+(−1+3−2)ex=0y'' - 3y' + 2y = (4 - 6 + 2)\eu^{2x} + (-1 + 3 - 2)\eu^x = 0. ولاحظ شكل الجواب: فقرب −∞-\infty يهيمن النمط البطيء −ex-\eu^x؛ وقرب +∞+\infty يهيمن النمط السريع e2x\eu^{2x}. وقراءة الحلول بوصفها تراكبًا لأنماط ذات معدلات تناقص أو نموّ مختلفة عادةٌ مربحة — فبها يُنظَّم فصل العابر عن المستقرّ في مسألة نهاية الأسبوع.

مثال 5.14 (التراكب في العمل)

حُلَّ y′′−y=ex+4y'' - y = \eu^{x} + 4 على R\R. والمتجانسة: χ(r)=r2−1\chi(r) = r^2 - 1، وجذراها ±1\pm1، ومنه yh=λex+μe−xy_h = \lambda\eu^x + \mu\eu^{-x}. وافصل الطرف الأيمن وعالج كل قطعة بصندوق الطريقة. القطعة ex\eu^x: هنا γ=1\gamma = 1 جذر بسيط لكثير الحدود χ\chi، فجرّب y1=c x exy_1 = c\,x\,\eu^x: عندئذ y1′′−y1=c(x+2)ex−cxex=2c exy_1'' - y_1 = c(x + 2)\eu^x - cx\eu^x = 2c\,\eu^x، ومنه c=12c = \frac12. القطعة 44: العدد γ=0\gamma = 0 ليس جذرًا؛ فالثابت y2=−4y_2 = -4 يفي بالغرض. وبالتراكب (المبرهنة 5.12 (2)):

y=x ex2−4+λ ex+μ e−x,(λ,μ)∈R2.y = \frac{x\,\eu^x}2 - 4 + \lambda\,\eu^x + \mu\,\eu^{-x}, \qquad (\lambda, \mu) \in \R^2 .

ولاحظ كيف اقتضت القطعتان صورتين مختلفتين (m=1m = 1 في مقابل m=0m = 0): فاختبار التضاعف يُطبَّق على كل أسّ على حدة، وهذا هو كل مغزى فصل الطرف الأيمن قبل التخمين.

مثال 5.15 (قاعدة التضاعف في العمل)

حُلَّ y′′+y′=xy'' + y' = x على R\R. الطرف الأيمن هو P(x)e0⋅xP(x)\eu^{0 \cdot x} مع P(x)=xP(x) = x، والعدد γ=0\gamma = 0 جذر بسيط لكثير الحدود χ(r)=r2+r=r(r+1)\chi(r) = r^2 + r = r(r + 1): ومنه m=1m = 1، ويكون التخمين الصحيح yp=x (αx+β)=αx2+βxy_p = x\,(\alpha x + \beta) = \alpha x^2 + \beta x، أي بدرجة أعلى بواحد من درجة PP. وبالتعويض:

yp′′+yp′=2α+(2αx+β)=2αx+(2α+β),y_p'' + y_p' = 2\alpha + (2\alpha x + \beta) = 2\alpha x + (2\alpha + \beta) ,

والمطابقة مع xx تعطي α=12\alpha = \frac12 و β=−1\beta = -1: yp=x22−xy_p = \frac{x^2}2 - x. والحل العام: y=x22−x+λ+μ e−xy = \frac{x^2}2 - x + \lambda + \mu\,\eu^{-x}. ولو خمّنّا yp=αx+βy_p = \alpha x + \beta (بتجاهل التضاعف) لأعطى التعويض yp′′+yp′=αy_p'' + y_p' = \alpha، وهو ثابت — فلا اختيار للثابتين α,β\alpha, \beta يطابق xx، والإخفاق بنيويّ: فالثوابت تحلّ المعادلة المتجانسة أصلًا، فهي غير مرئية للطرف الأيسر. والعامل xmx^m موجود بالضبط للتسلّق خارج فضاء الحلول المتجانسة.

اقرأ في الفصل ←