Soluzione equazione differenziale
Buonasera
Risolvendo un problema di Fisica mi sono imbattuto nel seguente problema di Cauchy:
$ \frac{rg}{3}=\frac{4}{3}r\ddot{r}\frac{\rho}{\sigma}+4\frac{\rho}{\sigma}\dot{r}^2 , r(0)=0 $. Non riuscendo a risolverlo, sono andato a tentativi ed ho trovato che l'equazione è risolta da $ r=\frac{g\rho}{56\sigma}(t-t_{0})^2$. Basandomi su considerazioni fisiche ritengo che la soluzione del problema sia la funzione $ r(t)=0 $ per $t<0$ , $r(t)=\frac{g\rho}{56\sigma}t^2$ per $t\geq0$. Vorrei sapere se esiste un modo per dimostrare che questa è l'unica soluzione.
Grazie mille

Risolvendo un problema di Fisica mi sono imbattuto nel seguente problema di Cauchy:
$ \frac{rg}{3}=\frac{4}{3}r\ddot{r}\frac{\rho}{\sigma}+4\frac{\rho}{\sigma}\dot{r}^2 , r(0)=0 $. Non riuscendo a risolverlo, sono andato a tentativi ed ho trovato che l'equazione è risolta da $ r=\frac{g\rho}{56\sigma}(t-t_{0})^2$. Basandomi su considerazioni fisiche ritengo che la soluzione del problema sia la funzione $ r(t)=0 $ per $t<0$ , $r(t)=\frac{g\rho}{56\sigma}t^2$ per $t\geq0$. Vorrei sapere se esiste un modo per dimostrare che questa è l'unica soluzione.
Grazie mille
Risposte
L'ho risolta
Te la posto appena ho un pc sottomano
in ogni caso per avere una unica soluzione bisogna conoscere il valore della derivata prima almeno in un punto
Te la posto appena ho un pc sottomano
in ogni caso per avere una unica soluzione bisogna conoscere il valore della derivata prima almeno in un punto
Ops, ho dimenticato di aggiungere che $\dot{r}(0)=0$

Ho riscritto il problema di cauchy nella seguente forma:
$k_1 r \ddot{r} + k_2 (\dot{r})^2 = k_3 r$
$\dot{r}(0)=0, r(0)=0$
pongo $z = \dot(r)$
ottengo: $\ddot{r}=z \cdot \dot{z}$
Riscrivo l'eq.:
$k_1 \cdot r \cdot z \cdot \dot{z} + k_2 z^2 = k_3 r$
opero la sostituzione:
$w(r)=w=z^2$
$(dw)/(dr)=\dot{w}=2z \cdot \dot{z}$
riscrivo l'eq.:
$k_1 \dot{w} r/2 + k_2 w = k_3 r$
$\dot{w}+(2k_2)/(k_1) 1/r w = (2k_3)/(k_1)$
Moltiplico per $r^((2k_2)/(k_1))$
$ r^((2k_2)/(k_1)) \dot{w} + r^((2k_2)/(k_1)-1) w = (2k_3)/(k_1) r^((2k_2)/(k_1))$
Riconosco la derivata:
$d(r^((2k_2)/(k_1)) \cdot w)/(dr) = (2k_3)/(k_1) r^((2k_2)/(k_1))$
$d(r^((2k_2)/(k_1)) \cdot w) = (2k_3)/(k_1) r^((2k_2)/(k_1)) dr$
$ r^((2k_2)/(k_1)) \cdot w = (2k_3)/(k_1) r^((2k_2)/(k_1) +1)/((2k_2)/(k_1) +1) + C$
grazie a $\dot(r)(0)=0$ ottengo C=0
quindi $w= (2k_3)/(2k_2 + k_1) r $
$\dot{r}^2 = (2k_3)/(2k_2 + k_1) r$
$\dot{r}= \sqrt{(2k_3)/(2k_2 + k_1) r} $
$(dr)/(dt) = \sqrt{(2k_3)/(2k_2 + k_1) r}$
$(dr)/(\sqrt{(2k_3)/(2k_2 + k_1) r}) = dt$
$2 \sqrt{(2k_2 + k_1)/(2k_3)} \sqrt{r} = t + C_2$
con la condizione $r(0)=0$ ottengo $C_2 = 0$
quindi(semplificando l'espressione): $ r= ((k_{3}/(2(2k_2+k_1))) t^2$
Sostituendo le costanti con quelle da te fornite ottengo:
$r= (g \sigma)/(56 \rho) t^2$
Come vedi la soluzione è identica alla tua tranne che per lo scambio numeratore-denominatore di $\rho$ e $\sigma$
(ho provato a sotituire nell'eq. sia la mia che la tua soluzione; solo la mia effettivamente funziona)
$k_1 r \ddot{r} + k_2 (\dot{r})^2 = k_3 r$
$\dot{r}(0)=0, r(0)=0$
pongo $z = \dot(r)$
ottengo: $\ddot{r}=z \cdot \dot{z}$
Riscrivo l'eq.:
$k_1 \cdot r \cdot z \cdot \dot{z} + k_2 z^2 = k_3 r$
opero la sostituzione:
$w(r)=w=z^2$
$(dw)/(dr)=\dot{w}=2z \cdot \dot{z}$
riscrivo l'eq.:
$k_1 \dot{w} r/2 + k_2 w = k_3 r$
$\dot{w}+(2k_2)/(k_1) 1/r w = (2k_3)/(k_1)$
Moltiplico per $r^((2k_2)/(k_1))$
$ r^((2k_2)/(k_1)) \dot{w} + r^((2k_2)/(k_1)-1) w = (2k_3)/(k_1) r^((2k_2)/(k_1))$
Riconosco la derivata:
$d(r^((2k_2)/(k_1)) \cdot w)/(dr) = (2k_3)/(k_1) r^((2k_2)/(k_1))$
$d(r^((2k_2)/(k_1)) \cdot w) = (2k_3)/(k_1) r^((2k_2)/(k_1)) dr$
$ r^((2k_2)/(k_1)) \cdot w = (2k_3)/(k_1) r^((2k_2)/(k_1) +1)/((2k_2)/(k_1) +1) + C$
grazie a $\dot(r)(0)=0$ ottengo C=0
quindi $w= (2k_3)/(2k_2 + k_1) r $
$\dot{r}^2 = (2k_3)/(2k_2 + k_1) r$
$\dot{r}= \sqrt{(2k_3)/(2k_2 + k_1) r} $
$(dr)/(dt) = \sqrt{(2k_3)/(2k_2 + k_1) r}$
$(dr)/(\sqrt{(2k_3)/(2k_2 + k_1) r}) = dt$
$2 \sqrt{(2k_2 + k_1)/(2k_3)} \sqrt{r} = t + C_2$
con la condizione $r(0)=0$ ottengo $C_2 = 0$
quindi(semplificando l'espressione): $ r= ((k_{3}/(2(2k_2+k_1))) t^2$
Sostituendo le costanti con quelle da te fornite ottengo:
$r= (g \sigma)/(56 \rho) t^2$
Come vedi la soluzione è identica alla tua tranne che per lo scambio numeratore-denominatore di $\rho$ e $\sigma$
(ho provato a sotituire nell'eq. sia la mia che la tua soluzione; solo la mia effettivamente funziona)