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Lexikon der Mathematik: steifes Differentialgleichungssystem

ein spezielles System linearer Differentialgleichungen.

Sei \begin{eqnarray}{y}^{\prime}(x)=Ay+f(x)\end{eqnarray} ein lineares Differentialgleichungssystem der Dimension m mit konstanter Matrix A, welche m verschiedene Eigenwerte λ1, …, λm ∈ ℂ besitze. Die theoretische Lösung dieses Systems ist gegeben durch \begin{eqnarray}y(x)=\mathop{\sum ^{m}}\limits_{t=1}{\alpha}_{i}{e}^{{\lambda}_{i}x}{\Lambda}_{i}+g(x)\end{eqnarray} mit Konstanten αi, den Eigenvektoren Λi zu λi und der speziellen Lösung g(x). Das System heißt steif, wenn

  1. Re(λi) < 0 für alle i, und
  2. der Quotient \begin{eqnarray}\gamma :=\frac{\mathop{\max}\limits_{1\le i\le m}|\mathrm{Re}({\lambda}_{i})|}{\mathop{\min}\limits_{1\le i\le m}|\mathrm{Re}({\lambda}_{i})|}\end{eqnarray} sehr groß ausfällt.
Den Quotienten γ nennt man das Maß der Steifigkeit.

Ein nichtlineares System \begin{eqnarray}{y}^{\prime}(x)=f(x,y)\end{eqnarray} der Dimension m heißt steif in einem Intervall [a, b] der Variablen x, wenn (i) und (ii) für die Eigenwerte λi(x) der Jacobi-Matrix von f in [a, b] gelten.

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  • Die Autoren
- Prof. Dr. Guido Walz

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