Differential Equations
• Adifferential equation is an equation that involves one or
more differential.
• differential equations are two types Ordinary or partial
التفاضلية المعادلة
.
دالة من أكثر أو واحدة مشتقة على تحتوي معادلة وهي
رياضية
.
بالن ما دالة تغير كيفية عن تعبر رياضية أدوات هي المشتقات
ألحد سبة
المتغيرات
.
العالقات لوصف تستخدم التفاضلية المعادلة فإن ،وبالتالي
تشمل التي
أخرى لعوامل بالنسبة أو الزمن بمرور المتغيرات في تغييرات
.
7.
Ordinary Differential Equation
•In mathematics, the term “Ordinary Differential Equations”
also known as ODE is an equation that contains only one
independent variable and one or more of its derivatives with
respect to the variable. In other words, the ODE is represented
as the relation having one independent variable x, the real
dependent variable y, with some of its derivatives.
المعادالت
العادية التفاضلية
(
(ODE)
دالة بين تربط التي المعادالت من نوع هي
ومشتقاتها رياضية
.
ب الدالة هذه رّيتغ كيفية عن تعبر الدالة مشتقات
النسبة
مستقل واحد لمتغير
.
في
ODE
،
بـ له رمزُي عادة المستقل المتغير
x
،
والمتغير
التابع
(
المستقل المتغير على يعتمد الذي
)
بـ له رمزُي
𝑦
8.
•Order: the orderof Differential Equations is the highest order
• derivative that occurs in the equation
Degree: The exponent of the highest order derivative
المرتبة
:
المعادل في تظهر مشتقة بأعلى تتعلق
ة
.
الدرجة
:
األعلى المشتقة بأس تتعلق
رتبة
Classwork
• Find theorder and degree of the following differential equations:
• 4(d3y/dx3) - (d2y/dx2)3 + 5(dy/dx) + 4 = 0
The differential equation is of order three, and the degree one.
• 7(d4y/dx4)2 + 5(d2y/dx2)4+ 9(dy/dx)8 + 11 = 0
The differential equation is of fourth-order and second degree.
• 3(d2y/dx2) + x(dy/dx)3 = 0
This differential equation is of second-order, and first degree.
• (d). (y''')2 + x2(y')3 - 2x + 11 = 0
The differential equation is of the third order and second degree.
11.
Differential equations areclassified into linear
DEs or nonlinear DEs
• An nth order differential equation is said to be linear if it can be written in
the form:
that is, it satisfies the following three conditions:
(1) the dependent variable (y) and all its derivatives in the equation are of power one.
التابع المتغير
(
الدالة
)
بقدرة المعادلة في يظهران ومشتقاته
1
(
أعلى قوة إلى رفعها أو الدالة تربيع يتم ال أي
.)
(2) all the coefficients and the function g(x) are either constants or depend only on the independent variable (x).
•
المعادلة
مشتقاته أو التابع المتغير بين ضرب حاصل أو مضاعفات على تحتوي ال
(
بين ضرب حاصل يوجد ال ،المثال سبيل على
𝑦
و
𝒅𝒚
𝒅𝒙
•
تعتمد
الثابتة والمعامالت المستقل المتغير على فقط التفاضلية المعادلة
(
الجذ مثل خطية غير دوال على تحتوي ال المعادلة أن أي
الجيوب أو ور
التابع للمتغير األسس أو
𝑦
.
If any one of these 2 conditions is not satisfied, then the DE is said to be nonlinear DE.
Solving First-order DifferentialEquations(Variable
Separable )
• A separable equation is solved by separating the variables, that is, rearranging
the equation so that everything involving y appears on one side of the
equation, and everything involving x appears on the other. The equation can
then be integrated directly.
معادلة
التفاضلية
القابلة
للفصل
هي
نوع
من
المعادالت
التفاضلية
التي
يمكن
حلها
بتقسيم
المتغ
يرات
.
بمعنى
،آخر
نقوم
بترتيب
المعادلة
بحيث
تظهر
جميع
التعبيرات
التي
تحتوي
على
المتغير
𝑦
على
جهة
واحدة
من
ا
،لمعادلة
وجميع
التعبيرات
التي
تحتوي
على
المتغير
𝑥
على
الجهة
األخرى
.
بعد
ذلك
يمكننا
تكامل
كال
الطرفين
بشكل
منفصل
لحل
المعادلة
.
Example: Solve dy/dx= x3/y2.
Given DE, dy/dx = x3/y2
⇒ dy(y2) = x3 (dx)
Integrating bothsides
∫dy(y2) = ∫x3 (dx)
⇒ y2+1/(2+1) = x3+1/(3+1) + c
⇒ y3/3 = x4/4 + c
This is the solution to the given differential equation.
19.
Classwork :Find ageneral solution to the following
differential equation using the method of separating
variables with the initial value y(0)= 1
𝒅𝒚
𝒅𝒙
=
𝟑𝒙𝟐
+ 𝟒𝒙 + 𝟐
𝟐(𝒚 − 𝟏)
21.
Newton's Law ofCooling
• Newton's Law of Cooling states that the rate at which a body loses
heat is directly proportional to the difference between the body's
temperature and the temperature of the surrounding environment. In
other words, if the body is hot and placed in a cooler environment, it
loses heat more quickly as the temperature difference between the
body and the surroundings increases.
قانون
الوسط حرارة ودرجة الجسم حرارة درجة بين الفرق مع اًيطرد يتناسب لحرارته جسم فقدان معدل أن على ينص للتبريد نيوتن
به المحيط
.
درجتي بين الفرق كان كلما أكبر بسرعة الحرارة يفقد فإنه ،برودة أكثر وسط في ويوجد اًنساخ الجسم كان إذا ،أخرى بعبارة
أكبر الحرارة
22.
Newton's Law ofCooling
Newton's law of cooling states that the rate of change in the temperature
(
𝒅𝑻
𝒅𝒕
)of an object is directly proportional to the difference between the object’s
temperature and the ambient temperature(𝑇 − 𝑇𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡 ). The formula is
expressed as:
23.
• Example: Ametal piece with a temperature of 100°F is placed in a laboratory where the temperature is kept
constant at 0°F. After 20 minutes, the temperature of the metal piece becomes 50°F.Find the time required
for the temperature of the metal piece to reach 25°F.