8.5
Die Integrationsfaktor-Methode bietet einen allgemeinen Ansatz zur Lösung jeder linearen Differentialgleichung erster Ordnung, die nicht separabel ist.
Der integrierende Faktor wird ermittelt, indem man die Exponentialzahl des Integrals des Koeffizienten von y nimmt.
Multipliziert man beide Seiten der Gleichung mit diesem Faktor, wird die linke Seite in die Ableitung eines Produkts umgewandelt, sodass es leicht gelöst werden kann.
Betrachten wir zum Beispiel ein Auto, das unter konstanter Motorkraft unterwegs ist und dabei Luftwiderstand proportional zu seiner Geschwindigkeit erfährt.
Die Anwendung von Newtons zweitem Gesetz führt zu einer linearen Differentialgleichung erster Ordnung, die nicht separabel ist und mit einem integrierenden Faktor gelöst werden kann.
Der Integrationsfaktor wird gefunden, indem man die Exponentialzahl des Integrals des Geschwindigkeitskoeffizienten bezüglich der Zeit nimmt, was hilft, die Gleichung leicht zu lösen.
Multipliziert man beide Seiten mit dem integrierenden Faktor, wird die linke Seite in die Ableitung des Produkts des Faktors und der Geschwindigkeit umgewandelt.
Die Integration beider Seiten liefert eine allgemeine Lösung, die die Geschwindigkeit des Autos jederzeit vorhersagt.
Das Ergebnis zeigt, dass sich die Geschwindigkeit zunächst schnell ändert, wie vom negativen Exponenten vorgegeben, und sich dann allmählich der Endgeschwindigkeit nähert.
Die Methode des Integrationsfaktors bietet einen systematischen Ansatz zur Lösung linearer Differentialgleichungen erster Ordnung, insbesondere solche…
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