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미분 방정식은 알려지지 않은 함수와 그 미분식 하나 이상을 포함하는 방정식입니다. 미분방정식의 차수는 방정식에 존재하는 가장 높은 차수 미분에 의해 주어집니다.
방정식이 1차 미분식만 포함할 때는 1차라고 합니다. 만약 2차 미분이 포함된다면 이를 2차라고 부르며, 이와 같이 말합니다.
예를 들어, 스프링-질량 시스템은 단순 조화 진동자로 모델링할 수 있는데, 이는 질량에 가해지는 순힘과 스프링의 복원력을 동일하게 나타내며, 이는 선형 스프링에 대한 후크의 법칙에 의해 설명됩니다.
스프링 힘은 변위와 반대 방향으로 작용하며, 질량이 평형 위치에서 얼마나 멀리 이동하는지에 비례합니다.
뉴턴의 제2법칙은 질량에 가해지는 순힘과 가속도를 연결합니다. 이 두 관계를 결합하면 질량 곱하기 가속도가 음의 상수 곱하기 변위가 되는 방정식이 됩니다.
가속도를 시간에 따른 변위의 2차 미분으로 다시 쓰면 2차 미분 방정식이 구해집니다.
이 2차 미분은 시스템의 운동을 미분 방정식과 연결합니다.
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