Chapter 1 : ¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä (Differential Equations)

 

$$ 1.1 ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀ̶õ ?

         1.1.1.±âº»Á¤ÀÇ¿Í ¿ë¾î

         1.1.2 ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÇ Çü¼º°ú ÇØ










$$ 1.1 ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀ̶õ ?

1.1.1 ±âº»Á¤ÀÇ¿Í ¿ë¾î

   ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀº Çϳª ¶Ç´Â ±× ÀÌ»óÀÇ µ¶¸³º¯¼ö¿¡ °üÇÏ¿© Çϳª ¶Ç´Â ±× ÀÌ»óÀÇ Á¾¼Óº¯¼öÀÇ ¹ÌºÐ ȤÀº

µµÇÔ¼ö¸¦ Æ÷ÇÔÇÏ´Â ¹æÁ¤½ÄÀ» ¶æÇÑ´Ù. ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀº ¿©·¯°¡Áö ÀÚ¿¬Çö»óÀ» ³ªÅ¸³¾ ¼ö ÀÖÀ¸¸ç ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀ»

Ç®ÀÌÇÏ¿© ¾ò¾îÁø ÇØ´Â ÀÚ¿¬Çö»óÀ» ¿¹ÃøÇÒ ¼ö ÀÖ°Ô ÇØÁØ´Ù. »Ó¸¸ ¾Æ´Ï¶ó  ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀº ÀÚ¿¬°úÇÐ, °øÇÐ ¹×

»çȸ°úÇÐÀÇ °¢ ºÐ¾ß¿¡ °¡Àå ¸¹ÀÌ ÀÀ¿ëµÇ¾îÁö´Â ¼öÇÐÀÇ ÇÑ ºÐ¾ßÀ̱⵵ ÇÏ´Ù.   

¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀº º¯¼ö ¿Í ¿¡ ´ëÇÑ ÇÔ¼ö   ¹×   ÀÇ µµÇÔ¼ö »çÀÌÀÇ °ü°è½Ä

                                          

·Î Ç¥½ÃµÇ´Â »ó¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä°ú, ¶Ç °¡ 2°³ ÀÌ»óÀÇ º¯¼ö¸¦ °¡Áö°í ÀÖÀ» ¶§ °¢°¢ÀÇ º¯¼ö¿¡ ´ëÇÑ ÆíµµÇÔ¼ö¸¦ Æ÷ÇÔÇÏ´Â

Æí¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀ¸·Î ºÐ·ùµÈ´Ù. ¿¹¸¦ µé¸é

                                           

´Â »ó¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀ̰í, °¡ ¿Í ÀÇ ÇÔ¼öÀÏ ¶§,

                                           

´Â Æí¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÌ´Ù. À§¿¡¼­ Á¤ÀÇÇÑ ¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä¿¡ Æ÷ÇԵǾîÁø ÃÖ°í°èÀÇ µµÇÔ¼öÀÇ °è¼ö¸¦ ±× ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÇ °è¼ö

(order of the differential equation)¶ó Çϰí ÃÖ°í°èÀÇ µµÇÔ¼öÀÇ Â÷¼ö¸¦ ±× ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÇ Â÷¼ö(degree of the

differential equation)¶ó ÇÑ´Ù. ¿¹¸¦ µé¸é

                                            

´Â 2°è 1Â÷ »ó¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä,

                                           

Àº 1°è 2Â÷ Æí¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÌ´Ù.

 

    Á¾¼Óº¯¼ö ȤÀº µµÇÔ¼ö¸¦ Æ÷ÇÔÇÑ Ç×ÀÌ ¸ðµÎ 1Â÷ÀÎ ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀ» ¼±Çü(linear)¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä, ±×¸®°í ¼±Çü¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÌ

¾Æ´Ñ ¸ðµç ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀº ºñ¼±Çü (nonlinear)¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀ¸·Î ±¸ºÐµÈ´Ù. Áï ¼±Çü¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÌ µÇ±â À§Çؼ­´Â   ¹× ±× µµÇÔ¼ö°¡

1Â÷À̾î¾ßÇÏ¸ç ±× °è¼ö(coefficient)°¡ µ¶¸³º¯¼ö¿¡¸¸ ÀÇÁ¸ÇØ¾ß ÇÑ´Ù. ¿¹¸¦ µé¸é,

                                             

Àº 3°è ¼±Çü»ó¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀ̰í

                                             

´Â   Ç×ÀÌ 2Â÷À̹ǷΠ2°è ºñ¼±Çü»ó¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀ¸·Î ±¸º°µÇ¾îÁø´Ù.

 

¿¹Á¦ 1.1.1

   ¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä    ÀÇ °è¼ö¿Í Â÷¼ö¸¦ ±¸Çϰí, ¼±ÇüÀÎÁö ºñ¼±ÇüÀÎÁö¸¦ ÆÇº°ÇÏ¿©¶ó.

Ç®ÀÌ   ¹«¸® ºÐ¼ö½ÄÀ¸·Î Ç¥ÇöµÇ¾îÁø ¹æÁ¤½ÄÀ» ¿ì¼± À¯¸®È­ÇÏ¿© Á¤¸®Çϸé

                                                            

À̹ǷΠÁÖ¾îÁø ¹æÁ¤½ÄÀº 2°è 2Â÷ ºñ¼±Çü »ó¹ÌºÐ ¹æÁ¤½ÄÀÌ´Ù.

 

                                                  ¿¬½À¹®Á¦ 1.1.1    

´ÙÀ½ ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄµéÀÇ °è¼ö ¹× Â÷¼ö¸¦ ±¸ÇÏ°í ¶ÇÇÑ ¼±ÇüÀÎÁö ºñ¼±ÇüÀÎÁö¸¦ ÆÇº°Ç϶ó.

1.                                              (´ä : 1°è 1Â÷ ¼±Çü¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä)

2.                                   (´ä : 3°è 1Â÷ ¼±Çü¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä)

3.                                                (´ä : 2°è 1Â÷ ºñ¼±Çü¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä)

4.                                       (´ä : 4°è 1Â÷ ¼±Çü¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä)

5.                                                      (´ä : 2°è 3Â÷ ºñ¼±Çü¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä)

6.                                                (´ä : 2°è 1Â÷ ºñ¼±Çü¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä)

 

 

 

1.1.2 ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÇ Çü¼º°ú ÇØ

     n°è »ó¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀº

(1.1)                                    

ȤÀº

(1.2)                                    

·Î ³ªÅ¸³»¾îÁú ¼ö ÀÖ´Ù. ÇÔ¼ö °¡ ¾î¶² ½Ç¼ö ±¸°£ ¿¡¼­ ¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä (1.1) ȤÀº (1.2)ÀÇ ÇØ°¡ µÈ´Ù´Â °ÍÀº

ÇÔ¼ö °¡ ½Ç¼ö ±¸°£ ¿¡¼­ Á¤ÀÇµÇ°í ±¸°£ ¿¡¼­ ¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä(1.1) ȤÀº (1.2)¸¦ Ç×µîÀûÀ¸·Î ¸¸Á·ÇÔÀ» ÀǹÌÇÑ´Ù.

 

¿¹Á¦ 1.2.1   ÀÓÀÇÀÇ »ó¼ö ¿¡ ´ëÇÏ¿© ´Â ¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä ÀÇ ÇØÀÓÀ» ¹àÇô¶ó.

Ç®ÀÌ     ´Â ¿øÇÔ¼ö¿Í ¹ÌºÐÇÔ¼ö°¡ °°À½À» ÀǹÌÇÑ´Ù. ±×·¯¹Ç·Î °¡ ÁÖ¾îÁø ¹æÁ¤½ÄÀÇ ÇØ°¡ µÉ °ÍÀÌ´Ù. 

 

¿¹Á¦ 1.2.2   

    ÀÓÀÇÀÇ »ó¼ö ¿¡ ´ëÇÏ¿© ÇÔ¼ö ´Â ±¸°£ ¿¡¼­ ¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä ÀÇ ÇØÀÓÀ» ¹àÇô¶ó.

Ç®ÀÌ  ±¸°£ ¿¡¼­,

                                       

À» ¸¸Á·ÇϹǷÎ, ÀÓÀÇÀÇ »ó¼ö ¿¡ ´ëÇÏ¿© ´Â ÁÖ¾îÁø ¹æÁ¤½ÄÀÇ ÇØ°¡ µÈ´Ù.

    

      À§ÀÇ ¿¹Á¦¿¡¼­Ã³·³ ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÇ ÇØ´Â ¸¦ Æ÷ÇÔÇÑ´Ù. ÀϹÝÀûÀ¸·Î ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÇ ÇØ¿¡ Æ÷ÇԵǾîÁö´Â parameterÀÇ

°¹¼ö´Â ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÇ °è¼ö¿Í ÀÏÄ¡ÇÑ´Ù.

      À§ÀÇ ¿¹Á¦¿¡¼­¿Í °°ÀÌ parameter¸¦ Æ÷ÇÔÇÏ´Â ÇØ ¸¦ ÀϹÝÇØ (general solution)¶ó Á¤ÀÇÇϰí, °ú

°°ÀÌ À§ÀÇ parameter¿¡ Àû´çÇÑ »ó¼ö, ¿¹¸¦ µé¾î ¸¦ ´ëÀÔÇÏ¿© ¾ò¾îÁú ¼ö ÀÖ´Â ÇØ¸¦  Æ¯¼öÇØ(particular solution)¶ó Á¤ÀÇÇÑ´Ù.

±×·¯³ª ¿Í °°ÀÌ ÁÖ¾îÁø ¹æÁ¤½ÄÀÇ ÇØÀ̳ª ÀϹÝÇØ¿¡ Æ÷ÇÔµÇÁö ¾Ê´Â ÇüÅÂÀÇ ÇØ¸¦ ƯÀÌÇØ(singular solution)¶ó Á¤ÀÇÇÑ´Ù.

´Â ¿ì¸®°¡ ÀÚ¸íÇÏ°Ô ±¸ÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ÇØÀ̹ǷΠÀÚ¸íÇØ(trivial solution)¶ó°í Á¤ÀÇÇÑ´Ù.

     À§ÀÇ ¿¹Á¦µéÀ» ÅëÇÏ¿© ÁÖ¾îÁø ÇÔ¼ö°¡ ¾î¶² ƯÁ¤ÇÑ ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÇ ÇØ°¡ µÇ´ÂÁö¸¦ È®ÀÎÇÒ ¼ö ÀÖ¾ú´Ù.

 

                                                      ¿¬½À¹®Á¦ 1.1.2

1. ´ÙÀ½¿¡ ÁÖ¾îÁø ÇÔ¼öµéÀº ¾Æ·¡ ¹ÌºÐ¹æÁ¤½ÄÀÇ ÇØÀÓÀ» ¹àÇô¶ó.

(1)                                                                        (´ä : )

(2)                                                                              (´ä :   )

(3)                                                                       (´ä : )

(4)                                                                       (´ä : )

(5)                                                                    (´ä : )

2.

(1) °¡ ¹ÌºÐ¹æÁ¤½Ä ÀÇ ÇØ°¡ µÇµµ·Ï ÀǰªÀ» ±¸ÇÏ¿©¶ó. (´ä: )

(2) (1)ÀÇ µÎ ÇØ ÀÇ 1Â÷ °áÇÕ µµ ÀÇ ÇØÀÓÀ» º¸¿©¶ó.

3.

(1) °¡ ÀÇ ÇØ°¡ µÇµµ·Ï ÀÇ °ªÀ» ±¸Ç϶ó.       (´ä: )

(2) (1)¿¡¼­ ±¸ÇÑ ¿¡ ´ëÇÏ¿© µµ ÀÇ ÇØ°¡ µÊÀ» º¸¿©¶ó.   

(3) (1), (2)ÀÇ µÎ ÇØ ÀÇ 1Â÷ °áÇÕ µµ ÀÇ ÇØ°¡ µÊÀ» º¸¿©¶ó.