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10A.2 logistische Differentialgleichung, Differentialgleichung mit trennbaren Variablen


CC-BY-NC-SA 3.0

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ichfange noch ?? mit der Differenzialgleichungendie wir VermächtniszellenwachstumkennenZinseszinsund ÄhnlichesAbleitung der gesuchten zu nach der Zeitin diesem Fallsoll eine feste Konstante mal der Wert der gesuchten Funktion sei zu jedem Zeitpunktdas istZinseszinsexmittels Wachstum beziehungsweise wenn diese Konstante hier negativ ist es mit ?? zerfallenähmund das ganze mal bisschen wirklichkeitsgetreuzu machen schreibe ich mal einen Term dazuauf der rechten Seite ein Produkt und ich schreibe noch dazu eins minusmeine gesuchte Funktion der Wert meines Funktion zur Zeit dieständig in der versteht sichdurcheine Konstante imwas bewirkt daserste Beobachtungwenn X sehr dicht an null ist ich hab wenigEuro sicher wenig Hasenwas immer das ?? finanziell anwächstsind dahin steht eins minuspraktisch Null durch eine Konstanteentsteht einsnaja schön dann steht da doch die ursprüngliche Differenzialgleichungenfür Sex finanzielle Wachstumalso wenn X ungefähr null ist nichtwenighabe passiert er nicht vielwas passiert wenn X wächstwas ist der Effekt dann von diesem Termgenau dann wenn X allmählich diese Größenordnung von diesen ähm kommtes fängt er an zu wachsen wenn X in die Größenordnung von diesem ähm kommt steht hier eins minus etwas knapper ein das sie hintenwirdnull Komma null null null irgendwann werdendie mit weg heißt das mein Zinssatz wird auf null reduzieren die Vorstände steht sowas wie mein Zinssatzist Krieg kann packst du mir das Wachstum wird abgeschnitten?? die Änderungder Änderung meiner Funktion wird sein Sohn Sophie mal Sohn zu viel hin steht nur die Endungen Funktion wird null werden der friert ein auf einem bestimmten Niveaudas erwartet manein Wachstum mit Limit am Anfangwird sequenziell großaber irgendwowenn Xdas M erreichtmuss das ganze einfrierenkann diese Größe ähm nicht überschreitendenn genau wechsle ich am zehnten null dann habe ich kein Wachstum mehr das erwartet mansehen eine billige Differenzialgleichungdie offensichtlich zu so einer Lösung führen muss?? anfangs mittels Wachstum und dannläuft es in einem stationären Zustanddas Ding nennt sichder Bildung halber die logistische DifferenzialgleichungüberDifferenzialgleichungenunddie versuchen Sie mal zu lösenwenn das X größer ist das als das ähmdann Schäden durch das sich was Negatives und es passiert ganz schlimme Sachen haben das betrachtet man im allgemeinen nicht ?? betrachtet hier sowas wie ein Bevölkerungswachstumanhatten ?? Hasen oder Barbakterienanund die wachsen dann gegen ein Limit verguckt sich im allgemeinen nicht an was passiert wenn X größer ist als das im Vergleich in der Lösung was passiert wenn X größer ist als ähm ?? muss anscheinend das gegenläufige passiertaberhinter das man jetzt als rein mathematischeGeschichtewie lösen Sie diese Differenzialgleichungendieses Ding sieht ja so harmlos aus Komma wenn sie das ausmultiplizierensehen widersteht X QuadratX mal XX ist die gesuchte Funktionwenn hier was mit Teequadratstündedann wäre das noch Lineal ist etwas mit X Quadrate gesucht Funktionsquadratdas ist nicht Lineal ärgerlicherweiseweil es nicht den Jahres können sie auch nicht sagen ob es homogen in homogenes UrlaubskonstanteKoeffizienten hat es ergibt keinen Sinnfür nicht den Jahr hat mir nur ein einziges Verfahrennicht den ja ist im allgemeineneklig aber dieses Ding ist eine Differenzialgleichungengetrennt waren Variablen glücklicherweiseaber trennbar Variablenwobei die zweite Variante bisschen versteckt isthier die X ??Idee Beistrich dass die drinnentrennen sie X und Tund integrieren sie beide Seiten dann müsste es funktionierenaber noch ganz dringend ansagenhiergeht die Kurve nicht durch die null wenn sie mit nullHasen anfangenals auch die ganze Zeit null Hasenhaben das muss ebeneine kleine Menge sein aber nicht allzu vielenicht durch den Ursprung gehenso selten waren Variableningenieurmäßigschreibe ich hier die X nach DT auf die linke SeiteX nach DT ist gleichWasser VorstandK X eins Music ähmkam ein sechs mal eins minus X durch einGesetz will ich alle X auf einer Seite und alleTees auf der anderen Seiteich teile durch die komplette rechte Seite Darmstädter links die X durch K mal X mal eins minus X durch ähmdie komplette rechte Seite teilen und ich multipliziere mit DTso sieht das dann ausmäßig möglicher Anführungszeichenmacheneinige dass er keine kein Quotientsondern ein Grenzwertaber sich vorstellt ?? ich warte eine Nanosekundeund gucke was dann mit meinemX passierteine solche schon sehr gute Nehrung hier steht die eine Nanosekundeund hier ist das was mit dem X passiert man wieder so hinschreiben können zwangsläufigwas hinten was in der Mathematik genommen sie mir Kopfzerbrechen bereitete Beistrich dann auch tatsächlich mit dem die X und dem DT Einzelnenso sieht das aus ?? die Variablen getrennt alle zehnJahre verborgen waren auf der einen Seite alle X auf der anderen Seiteund nun kann man links und rechts integrierenich weiß dass diese eine Nanosekundeherauskommenmuss wenn ich gucken was mit dem X in der Annahmesekundepassiert und ich durch diesen ganzen Simone und teiledamit es etwas schöner wirdfür dich hier noch bisschen umformensie oben und untenmit ähm Multiplizierenden Bruch hiermit am erweitern steht der zum Schluss ähm durch Kmal TXdurchX mal ein ähmminus X so ist es etwas übersichtlicheroben mal ähm der unten mal ähm dieses wird zum M Schrägstrich M wird zu X muss es übersichtlicherdas integrierenmit Partialbrüchensind zwei Polstelleneine Beistrich null eine Beistrich ähmmit Partialbruchintegrieren?? man Extraspalteauch für die Partialbruchzerlegungich möchte eins durch X mal im minus Xzerlegen in Partialbrücheich sie zwei Polstelle eine Beistrich null eine beiX ähm sind beides Vorstände erster Ordnung einfache Polstellen ganz offensichtlichund dann sagt mirdas was Auslegungsverfahrenokay das muss gehen als irgend eine Konstantedurch X plus irgend eine andere oder kleine Konstanteäh durch im minus X ich kann diese beiden Polstellen auseinandernehmenschwieriger Westwind hier mit X Quadrat wäre dann auch die gleich noch in der mit C durch X Quadrat und so weiteram ich vielleicht etwas Isolation der Häuser ganz einfachFundstellenerster Ordnungdas muss so zerlegt war sein und diese beiden hier kann man dannganz banal integrieren bestimmen Sie A und Bdann könntest man alle integrierenalso die beiden auf einen Hauptnenner bringen hierder ist natürlich derselbe Nenner den wir vorher hatten X malim minus Xarbeite ich mitähm minus Xund B arbeite ich mit X plusXdas soll für alle X geltennunKomma das sind also müssen die Zähler für alle X Gleichzeicheneins ist gleichH mal ähmminus A mal X plusB mal X für alle XL für alle X schreiben den präsentierteningenieurmäßigunterwegsPunkt das heißt hier auf der rechten Seite müssen sich die X weggebenkann ich immer eins raus kommen daraus lerne ich armes B seinoder schon mal gelernt ?? gleich Bvier aus dem Zimmer eins raus kommendamit lerne ichdas muss beides einst durchähm sein armes einzig ähm seine Mitte eins rauskommt und am ?? Designsich die beiden wirklichsodamit bin ich bei der Partialbruchzerlegunghierhier steht alsoähm durch KMalis Kom eine Partialbruchzerlegungaber eins durchkämmen durch denersten Reihen folge zwei Gala streng durchwegseinfache Sega Beamte gleich sinddurch X plus X und B eins durch ähmdurch ähm minus Xmal TXsodasdiese Kürzel sind ähm einst durch im einzig im Glück gehabt das kürzlich wecken steht der eins durch KKlammer aufeins durch Xpluseins durch ähm minusSM hier obenraus kürzenjetzt möchte ich beide Seiten integrierendie rechte Seite zu integrierenist banalund dieses müsste jetzt funktionieren eben was nicht so leicht hier müssen Sie funktioniert mit den Partialbrücheneinzig X Stammfunktioneinzig im minus X StammfunktionKomma Kleinkriegwo sie lange nachdenken und sie die Stammfunktion ist ich ziehe aus diesem Buch ein Faktor minus eins rausschreibe hierminus davorund dafür unten minus Mplus Xnichts Böses passiert ?? ?? zurückoben und unten mal minus einsminus eins erweitern diesen Bruchwieder vor ein minusund unten beide Vorzeichen geändert steht unten X minus M das macht es etwas netter beim integrierendavon sollten Sie jetztStammfunktion angeben können von beiden seine Stammfunktion angeben Integrationskonstantenicht vergessendann haben wir ein Wasser schon gelöst?? ich schreib mal die Integrale hin also weiß ich jetztmein Grad über X das ist ja sowas wie die BevölkerungszahlShamir von X nullanfangs Bevölkerungszahlbis zuirgendeiner aktuellen Bevölkerungszahldas integrierteins durch K kann sofort nach vorne schreibenneunzig X minus eins durch X minus ähmTXmuss also sein jetzt integriertund auf der anderen Seite steht die Zeit integriertsein über die Zeit integriert DT integriertvon der Anfangszeitdem Anfangswert X null undbis zurbis zum Entzeitpunktmit dem Verdikt Eisenach interessiert mich der Zusammenhang hier zwischen X einsund T einswie kann ich wenn die eins gegeben habe X eins ausrechnen die Bevölkerungszahlam Endeanso ist auch nureine Stammfunktionschaffen zwar schon so weit hinX nullX einsKlammer zu hierfürStammfunktion hierfürandas regionalehin Punkt und dafürrechtgut E-Plus eine Konstante die aber egal ist nicht dasbestimmte integral ausrechnenoder sie ständig das vor was integriert ?? die Funktion einseinmal DTFunktion mit der Höhe Heinzvon T null bis T einswelche frech ist darunterder schön T eins minus vier null mal eins Beistrich ist unter Götter noch ganz andersals auf der rechten Seite stehtnull??undauf der anderen Seite hiereine Stammfunktionzu eins durch Xmuss ich erinnern?? Stammfunktionzu X hoch dreiX ihr ViertelkeineStammfunktionX ?? minus zweiversuchen was mit X ?? minus einsdas einzige was schief geht es X zur minus eins eine Stammfunktionzu X und minus einsdas war nämlichLN Betraggemeinschaftlichimmer zu rechnenNennbetrag von Xwobei der Betrag über Licht auf den Sofortweg lass ich solche ?? Bevölkerungszahlengehennunnach ?? wird der Betrag egal sein weil ich nichtminusdrei hundert Kaninchen haben werde ich das jetzt weiter steigert den Betrag stehenSohn des Beistrich hiereine Stammfunktionfür eins durch X minus ähm minuseine Stammfunktionfür einzig X kleines MVorschlägegenau dies aber nur verschobenTampons und der verschobenen Funktionist die verschobene Stammfunktionbesteht also Logarithmusvon X minus ähm indem sienach links und rechts verschiebendiesem minus ähmherschiebenerwas sieht er nicht großartige Schlimmeses wird einfach nur hin und her geschobenso das steht daäußerte sich wir ?? wieder rechnen also der Job soll seinwie hängt X einsvon T eins abdas ist die Frage die Lösung der DifferenzialgleichungenX eins in Abhängigkeit von T einserste Schritt ist jetzt ja nur dummes einsetzeneins durch Kbietet sich X einsein LogarithmusbetragX einsminusLogarithmusbetragX eins minus ähmminusPixel einsetzenminus als ÜberbrückungsbetragX nullzwei minus minus minus ?? KlosterrhythmusbetragX morgens am SchlussmussBetrag X nullähmKlammer zu ist gleichT einsminus zehn null rechte Seite ist der überzeugend einfachich würde auch sofort hierdas K rüber bringenein steterGeschwindigkeitsvorteilgegenüber ihnnicht ganz ??schademehrund nicht ob ich mich genauso schnell wie siezu Fuß in schreibe das einzig K rüber bringen entsteht hier also der Logarithmusvon Betrag X einsminus Logarithmus vonkleines Nminus den Rhythmus vonXnull und ?? orientierenplus den Logarithmus von?? gestrichenBetrag X null minus ähm ist gleichK rübergebrachtkam malT einsminus zehn nulldas gibt eine interessanteDeutung dieser VariablenKakatauchten auf eine Weise in der Lösung auf nämlich als K mal die Zeitwas sagt uns das eigentlichanschauungsmäßigzu dieser Variablen kamdieses K regelt alle schlicht ergreifend die Geschwindigkeitwenn sie das K verdoppelnist das derselbe Effekt als wenn sie das K so lassen wie es war aber die Zeit verdoppelndie Geschwindigkeitverdoppelt sich in sie K verdoppeln dieses K ist nach Geschwindigkeitwas nicht ganz unplausibel ist vor was jaso etwas wie der Zinssatzes eine Art von Geschwindigkeit ist es behält diese Rolleder Geschwindigkeitdas mache ich schon mal glücklichdass das von anschauen ?? Topassoll jetzt was mir die linke Seite zusammender Logarithmus eines Produktsder Logarithmus eines Produktsdafür bei der Logarithmus da ich möchteals Kaufmann der Renaissancekeine Produkte ausrechnen sondern ich möchte Summen ausrechnen nicht bildeten Logarithmus von dem einen Plus den Rhythmus von dem anderendafür ist der Logarithmus erfunden wordenfassen sie damitdie linke Seite zusammenmit einer dieser Stelle schon das fürfürs Lebenähm separate Differenzialgleichungendie Lösung in Anführungszeichenzu schreiben das integral zu lösen ist meist der einfache Teildann tatsächlich aufzulösennach der abhängigen Variablenist im allgemeinen der eklige Teil des Simba hier geradewunderschön demonstriert lediglich das wirdes Integralis relativ billigsoLogarithmusund jetzt kommt ein Monsterterm im Logarithmushier steht Logarithmus X einsBetragX einsund das hinten wirdagiert also Produkt X einsmal X null minus ähmdritten voneinander abziehenheißtTeilenim Logarithmusich teile also durch X einsumgestiegen ?? ich teile durch X eins minusähmund ich teile durch X nullmüssen sich alle siebzehn Betragstricheeine steht der Betrag von X eins mal Betrag von der Differenz und so weiterdie Praktika nicht raus ziehen aber nicht aus dem Rhythmus die müssen immer noch ?? drittens bleiben die Betragstricheso da steht es der Logarithmus von diesem Betrag ist gleich ein Vielfaches der Zeitdifferenzich Bilder auf beiden Seiten der Kommentarfunktionund habe dieser Betrag hiervon X eins malX null minus ähm durchX eins minus ähm mal X nulldieser Betrag ist gleich äh hoch kam malT eins minus T nulles wird ganz allmählichetwas übersichtlicheranich möchte ja nach einer X eins auflösenalso wird jetzt alles was X null hat auf die andere Seite bringenStift haben soalles was X nun hat bin ich auf die andere Seite dann steht hierX einsdurch X einsähmist gleich X nur rüber bringen nach obenexponiert am ?? bringen Punkt untenmal ihr Buchkam mal T einsminus T nullsounter dieser Stelle würde ich es allmählich mal die Betragstriche loswerden wollte man ersetzen Allgemeinheitdiskutierenwillwas passiertKlammer aufwas passiert wenn ich einenegative Bevölkerung habe?? sehr komisch ist aber ganz ?? ausprobierenwas passierte meine Bevölkerungüber dieser Grenze ähm istdann wenn ich das wissen wollen würde dann müsste ich jetzt vorsichtig sein mit den Betrag Strichpunktich werde jetzt einfach mal weglassen und deshalb sage ich große Annahmeweggucken und so das an was auch praktisch relevant ist Xbeide X liegen zwischen null und ähmnahmnun Ullstein als X eins Komma X zweiklein Aähmdas sind die Fälle die mich nach ?? interessierendann kann ich das hierauflösender Betrag von X einsist also größer sein als nur der Betrag von X eins ist also X einswas ist der Betrag von X eins minus ähmVorsichtFalle in minus X einsX eins soll ja kleiner sein als ähm?? steht sowas wie fünf hundert minus tausend ?? müssen da unten umdrehen?? X einsdasselbe passiert hierX null durch ähm minus X nullmal eben hochkam malT einsminus T nullanes wird immer besser aber ich bin noch nicht hundert Prozent glücklichich wollte doch nach X eins auflösenlösen sie es mal wirklich nach X eins aufdas ist natürlichX null einsbleiben dabei lösen Sie dieses jetzt nach X eins auf setzenso zum auflösen bring ich diesesähm minus X einsauf dierechte Seitehabenund weil ich faul bin in den ich das Thema was auf der rechten Seite stets zu einem Wiederholungszeichenso da steht dann alsoX einsist gleichähm minus X einsmal mein Wiederholungszeichenwas sie rot eingerahmt istalles mal im minus X einsdas auseinandernehmensteht also immer WiederholungszeichenminusX eins mal Wiederholungszeichendas Ziel einer X eins aufzulösen ich bin X eins ist also rübernach linksplus X als Wahlwiederholungszeichenentsteht hier X einsmal einsPlus Wiederholungszeichenist gleich im Wiederholungszeichensieht man dasden hierden hierüber bringenX einsWiederholungszeichenbeide Seitenaddierenals bei Einzelsystemeund X eins Wiederholungszeichenkommt nach links rüberkann ich durch den teilenX eins ist also gleichähmmalder steten Wiederholungszeichendurch eins Plus WiederholungszeichenPunkter seine Tag die Einheiten stimmenähmmuss bevor schon ist maximal Zahl an Kaninchenhier stehtwas ein als loses bei dem Bruchirgendwas durch irgendwas das muss einer so seinden an der eins sowieso das schon diese einzelnen Dinge ?? einer so sein müssen das Notarztzeichenscheint zu sein muss?? Kaninchen aus Kaninchen mal das das will ichjetzt ?? muss noch überlegen ob dasAsymptote Verhalten richtig istwas passiert mit diesem WiederholungszeichenAusdruck dieser Ausdruck hier was passiert mit diesem Ausdruckwenn wir lange wartenkorrekt dieses Ding geht gegen unendlich ?? lange warten T einsmeine Endzeittextüber alle Grenzen T null sich fest Anfangszeitendie eins sechs über alle GrenzenK soll sinnvollerweise positiv sein ich möchte am Anfang?? Wachstum haben kann Zerfalldann wächst dieses Ding über alle Grenzen gegen endlichdas Wiederholungszeichenhier wächst gegen unendlichdasgehtgegen unendlich und steht dasselbezweimal dasselbe geht gegen endlich das es sowas von der Sorte wieirgendwas Komma mal Änderungdurch eins Plus ähmwas machtdieser Bruch wenn Ngegen unendlich gehtes um eine ganze Nichte wird eins werdenvortausend durch tausend eins eine Milliondurch eine Million eins das wird eins werden dieses hier wird eins werdenwunderbar wenn ich lange warte wird meine Bevölkerungszahlähm werdengenau wie wir es uns schon überlegt habenund man kann sie ?? überlegen dass dieser Bruch hier niemals eins wird der steht ja immeretwas durch etwas mehr das wird niemals eins werden das ist immer unter einundzwanzigkommen nicht über dieseäh Maximalzahlähmbleiben immer unterhalb der maximal Zeit ähmwobeiFußnote nicht vergessen wobei ich jahier noch ganz schwer angenommen habe okay ich gucke mir auch nur solche Zahlen an ein lächerliches und ein Zirkelschluss eingebautwerdenmüssen ?? noch gucken was passiert denn wenn dieseZahlX tatsächlich gleich im ?? und größer als im Westenwill ich es aus Zeitgründen nicht tunsehen waspassieren muss?? das ist die logistische die Versager