893. Integration durch Reihen
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§ 8. Integration durch Reihen.
393. Allgemeine Verfahrungsweisen. Wenn die zur Integnftion
vorgelegte Gleichung unter keine der bisher behandelten Formen fällt, bei
welchen die Lösung auf Quadraturen sich zurückführen läßt, so greift man
zu dem Hilfsmittel der Integration durch, Reihen.
Vorausgesetzt, daß eine die Gleichung befriedigende Funktion von
einer Stelle der unabhängigen Variablen aus sich in eine Potenzreihe
entwickeln läßt, wird diese Entwicklung durch die Taylorsche Reihe
gegeben sein und allgemein lauten:
У = Уо + ( x ~. x o) + Y72 ( x ~ х оУ + • • '»
(1)
wobei у 0 , y 0 ', уц, . . . die zu x = x 0 gehörigen Werte von у und seinen
Ableitungen bedeuten. Die Diiferentialgleichung gestattet die Gewinnung
dieser Werte auf Grund folgender Erwägungen.
Angenommen, die Gleichung sei von der и-ten Ordnung und lasse
sich in bezug auf den höchsten Differentialquotienten уauf lösen; dann
wird
(2)
y {n) = <p 0, y, y, • •*, 2/ ( " _1) )
die allgemeine Form der Gleichung sein.
Die Gleichung (2) gestattet aber, auch die höheren Ableitungen von *
y über die n-te hinaus durch x,y,y, ■ • •, i/"- 1 ) darzustellen; denn differen-
tiiert man sie nach x, so entstehen rechts alle Differentialquotienten bis
zur w-ten Ordnung einschließlich, und ersetzt man den höchsten von ihnen
durch seinen Wert aus (2), so wird auch durch x, y, y\ . . ., y( n ~^
ausgedrückt sein. Auf das Resultat dasselbe Verfahren angewendet, er
gibt y( n + 2) in analoger Darstellung, usw.
Nun liegt es im Wesen einer Differentialgleichung w-ter Ordnung,
daß man einem Werk* x — x 0 der unabhängigen Variablen beliebige Werte
von
zuordnen kann; bezeichnet man diese Werte mit
c l) C i) • ■ •> C ni
so sind nach dem Vorausgeschickten für x = x 0 alle Ableitungen von y,
von der n-ten angefangen, durch c x , c 2 , . . ., c n ausgedrückt und hiermit
die Koeffizienten von (1) gewonnen. Da ein auf solche Weise für y ge
fundener Ausdruck n willkürliche Konstanten enthält, stellt er das allge-