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Vorlesungsskript Gew"ohnliche Differentialgleichungen

F. Natterer Institut f"ur Numerische und instrumentelle Mathematik

SS 1998, Mo/Do 15-17, M3 %%[ Page: 1 ]%%


Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 3

1.1 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Einige Anwendungen von Differentialgleichungen . . . . . . . . 4 1.3 Geometrische Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4 Lineare Differentialgleichungen

1. Ordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2 Existenz- und Eindeutigkeitss"atze 14

2.1 Fixpunkts"atze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2 Der Satz von Peano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3 Der Satz von Picard-Lindel"of . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.4 Systeme von Differentialgleichungen und

Differentialgleichungen h"oherer Ordnung . . . . . . . . . . . . 21 2.5 Abh"angigkeit von den Anfangswerten . . . . . . . . . . . . . . 24

3 Elementare L"osungsmethoden 28

3.1 Einige elementar l"osbare Differentialgleichungen 1. Ordnung . 28 3.2 Exakte Differentialgleichungen

und integrierende Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4 Lineare Differentialgleichungen 39

4.1 Lineare Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2 Systeme mit konstanten Koeffizienten . . . . . . . . . . . . . . 46 4.3 Matrizenfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.4 Lineare Differentialgleichungen h"oherer Ordnung . . . . . . . . 52 4.5 Differentialgleichungen mit Singularit"aten . . . . . . . . . . . . 56 4.6 Die Laplace-Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

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5 Randwertaufgaben 67

5.1 Randwertaufgaben f"ur lineare Systeme 1. Ordnung . . . . . . 67 5.2 Randwertprobleme linearer Differentialgleichungen

h"oherer Ordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 5.3 Eigenwertprobleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73