Sieht jetzt irgendwie nach lahmarsch aus, aber ich habe den Post erst um 23.45 gesehen.
Du meinst doch hoffentlich
d^2 t / d r^2, oder? Es ist nicht die Ableitung von t^2 gemeint, nicht wahr?
Zur Sache:
Man löst das Problem erst mal für die Funktion u(r)=dt/dr (r). Dann liest sich das so:
u' = -2/r u + C (*)
Nun wendet man den Satz zur Lösung linearer Differentialgleichungen an ("Trennung der Variablen" + "Variation der Konstanten"):
Es gibt genau eine Lösung von (*) mit u(r_0)=c_0, nämlich:
u(r) = phi(r)*(c_0 + int_{r_0}^r (C/phi(s)) ds ), wobei phi(r) = exp( int_{r_0}^r -2/r dr).
Mann kann direkt nachrechnen, dass u(r_0)=c_0 und u die Gleichung (*) erfüllt.
Wir dürfen aus Definitionsgründen nicht sofort r_0=0 setzen (an dieser Stelle wäre ja die DGL nicht definiert). Wir bleiben also bei einem allgemeinen Ansatz.
phi(r)= exp( -2log(r) + 2 log(r_0) ) = exp( 2log(r_0 / r) ) = exp( log ( (r_0/r)^2 ))= (r_0/r)^2,
und damit ist
u(r) = (r_0/r)^2*(c_0 + int_{r_0}^r ( C*s^2/(r_0)^2 ) ds ) = (r_0/r)^2*(c_0 + C/3 * r^3/r_0^2 - C/3 * r_0) = (c_0-C/3 * r_0)*r_0^2*1/r^2 + C/3 * r
Sieht ein bisschen häßlich aus, aber eintippen in Maple gibt mir Recht...
Setzen wir nun r_0=c_0=0 vereinfacht sich der Term zu
u(r)=C/3*r
Wir bestimmen t(r) durch einfach Integration:
t(r) = C/6*r^2 + d.
Dabei ist d so zu wählen, dass t(r_1)=t_1, also:
d= t(r_1) - C/6 * r_1^2 = t_1 - C/6 * r_1^2.
Damit haben wir
t(r) = C/6*r^2 + [t_1 - C/6 * r_1^2].
Rechnen wir noch mal nach:
t(r_1) = C/6*r_1^2 + [t_1 - C/6 * r_1^2] = t_1
dt/dr (r) = 2*C/6*r = C/3 r =>
dt/dr (0) = 0
und
d^2 t / dr^2 (r) = C/3, also
d^2 t / dr^2 + 2/r * dt/dr = C/3 + 2/r * C/3 r = C/3 + 2/3 C = C
Es sollte also alles stimmen.
Natürlich kann man die Lösung auch raten und dann nachrechnen, aber das ist ja langweilig.
Hab ich dir jetzt gerade eine Aufgabe von deinem Übungsblatt gelöst?