Description

Variation der Konstanten ist ein Verfahren, mit dem sich lineare inhomogene DGLSs lösen lassen.

Variation of parameters for order-one linear ODEs

Examine the following order-one Linear ODE We will first calculate the solution of the homogenous part and then do a variation to determine a solution to the nonhomogeneous part. Separation of variables tells us that the solution to is given by: We will vary by a factor to obtain the solution to the nonhomogenous differential equation. Since we have we also need : This will be our ansatz. Note that this is always possible since is an exponential and therefore strictly positive. I don’t get why but the next step just works. If we now plug the ansatz back into the nonhomogenous differential equation and simplify, we get Integrate both side and obtain (also remember that ): Plugging back in into , we get Or in terms of the homogenous solution The solution consists of one summand being the solution to the homogenous problem and then a second more complicated summand, dependent on .

I wonder, if there is some more geometric approach to this. I need to read Arnold’s again.

Variation of parameters for a system of ODEs

Betrachte ein Lineares Differentialgleichungssystem erster Ordnung zum Initial value problem . Definiere die Übergangmatrix als . Sie gibt an, wie sich alle Lösungen über die Zeit von zu verändern. Das Anfangswertproblem hat nun die eindeutige maximale Lösung wobei die Fundamentalmatrix des homogenen Teils von und dessen Inverse zum Startzeitpunkt ist.

Variation of parameters for a system of ODEs with constant matrix

Ist also konstant, dann ist die Fundamentalmatrix . Außerdem ist die Übergangsmatrix für Damit vereinfacht sich die Lösungsformel: