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गणित · शब्दावली

व्रोंस्कियन क्या है?

अन्य नाम: मूलभूत निकाय

परिभाषा 16.6 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 2 · अध्याय 16 — अवकल समीकरण

समांगी निकाय के हलों X1,,XnX_1, \dots, X_n के लिए व्रोंस्कियन W(t)=det(X1(t),,Xn(t))W(t) = \det\bigl(X_1(t), \dots, X_n(t)\bigr) होता है। ऊपर की तुल्याकारिता से या तो WW सर्वथा लुप्त होता है (कुल परस्पर जुड़ा है) या कभी नहीं (कोई मूलभूत निकाय); और परिमाणात्मक रूप में W=tr(A(t))WW' = \operatorname{tr}\bigl(A(t)\bigr) W, अतः

W(t)=W(t0)exp(t0ttrA(s) ⁣ds)(ल्यूविल का सूत्र).W(t) = W(t_0)\,\exp\Bigl(\int_{t_0}^{t} \operatorname{tr} A(s)\,\dd s\Bigr) \quad \text{(ल्यूविल का सूत्र)}.

उदाहरण

उदाहरण 16.7 (किसी ऑयलर समीकरण पर ल्यूविल की जाँच)

(0,)\intoo{0}{\infty} पर समीकरण t2y+tyy=0t^2y'' + ty' - y = 0 के हल y1(t)=ty_1(t) = t और y2(t)=1ty_2(t) = \frac1t हैं (प्रतिस्थापित कीजिए)। उनका व्रोंस्कियन:

W(t)=det(t1t11t2)=1t1t=2t,W(t) = \det\begin{pmatrix} t & \tfrac1t\\[2pt] 1 & -\tfrac{1}{t^2}\end{pmatrix} = -\frac1t - \frac1t = -\frac2t ,

जो कभी शून्य नहीं: अर्थात् मूलभूत निकाय। अब ल्यूविल जाँचिए: सामान्यीकृत रूप y+1ty1t2y=0y'' + \frac1t\,y' - \frac{1}{t^2}\,y = 0 में सहचर आव्यूह A(t)=(011t21t)A(t) = \begin{pmatrix} 0 & 1\\ \frac{1}{t^2} & -\frac1t\end{pmatrix} का अनुरेख 1t-\frac1t है, अतः

W(t)=W(1)exp(1t ⁣dss)=2elnt=2t.W(t) = W(1)\exp\Bigl(-\int_1^t\frac{\dd s}{s}\Bigr) = -2\,\eu^{-\ln t} = -\frac2t . \checkmark

समापन दृष्टि: ल्यूविल किसी हल के ज्ञात होने से पहले ही व्रोंस्कियन का आकार बता देती है — यहाँ कि WW ct\frac{c}{t} होना चाहिए; और यही कोटि-घटाने की विधि (प्रतिज्ञप्ति 16.15) को चलाता है, जहाँ y1y_1 और व्रोंस्कियन का रूप जानने से y2y_2 एक ही समाकलन में मिल जाता है।

उदाहरण 16.5 (मूल्यांकन तुल्याकारिता, मूर्त रूप में)

y+y=0y'' + y = 0 के लिए, जिसे X=(y,y)X = (y, y') के साथ निकाय X=(0110)XX' = \begin{pmatrix} 0 & 1\\ -1 & 0\end{pmatrix}X के रूप में देखा गया है: प्रमेय कहती है कि हल-समष्टि एक समतल है और XX(0)=(y(0),y(0))X \mapsto X(0) = (y(0), y'(0)) R2\R^2 पर तुल्याकारिता है। हल cos\cos और sin\sin (1,0)(1, 0) तथा (0,1)(0, 1) — अर्थात् R2\R^2 का विहित आधार — पर मूल्यांकित होते हैं, अतः वे हल-समष्टि का आधार बनाते हैं, और हर हल

y(t)=y(0)cost+y(0)sint,y(t) = y(0)\cos t + y'(0)\sin t ,

है, जहाँ गुणांक सीधे आरंभिक आँकड़ों से पढ़ लिए जाते हैं, कोई रैखिक निकाय हल नहीं करना पड़ता। समापन दृष्टि: वह मूलभूत निकाय चुनना जिसके आरंभिक मान विहित आधार हों (यहाँ cos,sin\cos, \sin), ठीक etA\eu^{tA} के स्तंभ चुनना है; और मूल्यांकन तुल्याकारिता ही वह कारण है कि आरंभिक शर्तें प्रक्षेप-पथों का प्राचलन कर देती हैं — रैखिक समीकरणों के लिए “नियतिवादी गतिकी” की ज्यामितीय सामग्री यही है।

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