Dieses Erfolgslehrbuch baut nicht nur ein theoretisches Gerüst auf, sondern schlägt auch eine Brücke zu den Anwendungen in Physik, Chemie, Astronomie, Biologie, Medizin und Ingenieurwissenschaften. Es übt deshalb neben dem Lösen auch das Aufstellen von Differentialgleichungen ein und zeigt detailliert, wie besonders wichtige Differentialgleichungstypen aus konkreten naturwissenschaftlichen Fragestellungen herauswachsen und dann umgekehrt wieder helfen, die allerverschiedensten Probleme befriedigend zu klären.

Differentialgleichungen verstehen und aufstellen - Ein Erfolgslehrbuch mit hoher Praxisrelevanz

Autorentext

Prof. Dr. Harro Heuser, Universität Karlsruhe

Klappentext

Ein ungewöhnliches Buch über gewöhnliche Differentialgleichungen

"Ein Naturgesetz ist eine unveränderliche Beziehung zwischen der Erscheinung von heute und der von morgen, mit einem Wort: es ist eine Differentialgleichung." So Henri Poincaré, einer der größten Mathematiker um 1900. Die Naturwissenschaften sind ohne Diffentialgleichungen nicht vorstellbar. Dieses Buch möchte deshalb nicht nur in ihre Theorie einführen, sondern mittels vieler Beispiele aus Physik, Chemie, Astronomie, Biologie, Medizin und Ingenieurwissenschaften auch Ausblicke auf ihre naturerschließende Kraft und ihre praktischen Anwendungen geben.

Inhalt
I Zur Einstimmung.- 1 Beispiele von Differentialgleichungen in der Praxis.- 2 Grundbegriffe.- Historische Anmerkung. Newton und Leibniz.- II Differentialgleichungen erster Ordnung.- 3 Das Richtungsfeld und der Euler-Cauchysche Polygonzug. Das Runge-Kutta-Verfahren.- 4 Lineare, Bernoullische, Riccatische Differentialgleichung.- 5 Anwendungen.- 6 Die exakte Differentialgleichung.- 7 Integrierende Faktoren.- 8 Die Differentialgleichung mit getrennten Veränderlichen.- 9 Die eulerhomogene Differentialgleichung und die Differentialgleichung $$\frac{{dy}}{{dx}} = f\left( {\frac{{ax + by + c}}{{\alpha x + \beta y + \gamma }}} \right)$$.- 10 Anwendungen.- Historische Anmerkung. Jakob und Johann Bernoulli.- III Existenz-, Eindeutigkeits- und Abhängigkeitssätze für Differentialgleichungen erster Ordnung.- 11 Der Existenzsatz von Peano.- 12 Der Existenz- und Eindeutigkeitssatz von Picard-Lindelöf.- 13 Abhängigkeitssätze.- Historische Anmerkung. Cauchy.- IV Lineare Differentialgleichungen höherer Ordnung mit konstanten Koeffizienten.- 14 Die lineare Differentialgleichung zweiter Ordnung.- 15 Die homogene lineare Differentialgleichung n-ter Ordnung.- 16 Die inhomogene lineare Differentialgleichung n-ter Ordnung.- 17 Die Methode der Laplacetransformation.- 18 Anwendungen.- V Lineare Differentialgleichungen höherer Ordnung mit variablen Koeffizienten.- 19 Vorbemerkungen.- 20 Die Eulersche Differentialgleichung.- 21 Ein Existenz- und Eindeutigkeitssatz.- 22 Integralbasis und allgemeine Lösung der homogenen Gleichung.- 23 Reduktion der homogenen Gleichung.- 24 Die Methode der Variation der Konstanten.- 25 Stetige Abhängigkeit der Lösung eines Anfangswertproblems von den Ausgangsdaten.- 26 Potenzreihenlösungen.- 27 Reihenentwicklungen um schwach singuläre Stellen.- 28Besselsche Differentialgleichung und Besselsche Funktionen.- 29 Laguerresche Differentialgleichung und Laguerresche Polynome.- 30 Lineare Differentialgleichungen mit periodischen Koeffizienten.- 31 Die Mathieusche Differentialgleichung.- 32 Trennungs-, Oszillations- und Amplitudensätze.- 33 Anwendungen.- Historische Anmerkung. Euler.- VI Rand- und Eigenwertaufgaben.- 34 Die schwingende Saite.- 35 Lineare Randwertaufgaben zweiter Ordnung.- 36 Sturmsche Randwertaufgaben. Die Greensche Funktion.- 37 Sturm-Liouvillesche Eigenwertaufgaben.- 38 Die Integralgleichung und der Integraloperator der Sturm-Liouvilleschen Eigenwertaufgabe.- 39 Die Eigenwerte und Eigenfunktionen der Sturm-Liouvilleschen Aufgabe.- 40 Entwicklungssätze.- 41 Die Entwicklung der Greenschen Funktion nach Eigenfunktionen.- 42 Die Auflösung halbhomogener Randwertaufgaben.- 43 Iterative Bestimmung von Eigenwerten.- 44 Einschließungssätze und Extremalprinzipien.- 45 Das Ritzsche Verfahren.- Historische Anmerkung: Die schwingende Saite.- VII Systeme linearer Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten.- 46 Beispiele und Begriffsbestimmungen.- 47 Die Eliminationsmethode bei kleinen Systemen.- 48 Vektorwertige Funktionen und die Matrixexponentialfunktion.- 49 Existenz- und Eindeutigkeitssätze.- 50 Das charakteristische Polynom einer Matrix.- 51 Die Auflösung des homogenen Systems.- 52 Die Auflösung des inhomogenen Systems.- 53 Die Methode der Laplacetransformation.- 54 Allgemeinere lineare Systeme mit konstanten Koeffizienten.- 55 Anwendungen.- VIII Systeme linearer Differentialgleichungen mit variablen Koeffizienten.- 56 Der Existenz- und Eindeutigkeitssatz.- 57 Integralbasen homogener Systeme.- 58 Die Auflösung inhomogener Systeme.- IX Allgemeine Systeme von Differentialgleichungen ersterOrdnung. Die Differentialgleichung n-ter Ordnung.- 59 Beispiele und Begriffsbestimmungen.- 60 Existenz- und Eindeutigkeitssätze für Systeme.- 61 Die allgemeine Differentialgleichung n-ter Ordnung.- 62 Reduzierbare Typen von Differentialgleichungen zweiter Ordnung.- 63 Numerische Lösungsverfahren.- X Qualitative Theorie. Stabilität.- 64 Ein Beispiel: Das Lotka-Volterrasche Räuber-Beute-Modell.- 65 Grundbegriffe und Grundtatsachen.- 66 Gleichgewichtspunkte und Stabilität bei linearen Systemen mit konstanten Koeffizienten.- 67 Die Ljapunoffsche Methode.- 68 Periodische Lösungen.- 69 Anwendungen.- Anhang 1: Tabelle unbestimmter Integrale.- Anhang 2: Tabelle zur Laplacetransformation.- Lösungen ausgewählter Aufgaben.- Symbolverzeichnis.- Namen- und Sachverzeichnis.