Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Линейные дифференциальные уравнения 1-го порядка




Дифференциальное уравнение вида

(22)

где p (x), q (x) – заданные функции, называется линейным дифференциальным уравнением 1-го порядка.

Отличительной особенностью линейного уравнения (22) является
то, что искомая функция y и ее первая производная входят в уравнениелинейно – в первых степенях и не перемножаются между собой.

Для решения уравнения (22) воспользуемся способом подстановки. Будем искать неизвестную функцию y в виде произведения двух тоже пока неизвестных функций: положим y = u (x) v (x). Тогда Подставивзначения y и в уравнение (22), получим:

(23)

Если выбрать v (x) так, чтобы выражение, стоящее в скобках, обратилось в нуль, т. е.

, (24)

то для второй функции u (x) из равенства (23) получится уравнение

(25)

Таким образом, решение линейного дифференциального уравнения (22) сводится к решению двух уравнений (24) и (25), каждое из которых является дифференциальным уравнением с разделяющимися переменными. Общее решение уравнения (22) есть произведение какого-либо частного решения уравнения (24) и общего решения уравнения (25):

(26)

Пример 2. Найти решение дифференциального уравнения

которое удовлетворяет условию (задача Коши).

Решение.Разделив все члены уравнения на х, перепишем уравнение
в виде Сравнивая его с уравнением (22), убеждаемся, что оноявляется линейным дифференциальным уравнением.

Положим y = u (x) v (x), тогда Подставив y и в уравнение, получим:

(*)

Найдем функцию v, решая уравнение

(в данном случае удобно использовать логарифмическую константу интегрирования, положив ).

Из последнего уравнения следует: – общее решение, а при соответствующем подборе получаем – частное решение уравнения .

Подставив найденную функцию в уравнение (*), получим уравнение для функции u: . Найдем функцию – общее решениеэтого уравнения:

.

Общим решением исходного уравнения является функция

.

Найдем частное решение, удовлетворяющее заданному начальному условию Для этого подставим в общее решение вместо x, y числа соответственно:

Подставляя найденное значение С в общее решение, получим искомое частное решение (решение задачи Коши):

Ответ:

Уравнения Бернулли

Дифференциальное уравнение вида

(27)

где n – действительное число, , называется уравнением Бернулли.

Уравнение Бернулли является обобщением линейного дифференциального уравнения (22) и может быть решено тем же способом.

Пример решения уравнения Бернулли приведен в образце выполнения контрольной работы.

Однородные уравнения

Функция f (x, y) называется однородной функцией m-го порядка (измерения), если

Дифференциальное уравнение вида

P (x, y) dx + Q (x, y) dy = 0 (28)

называется однородным, если P (x, y) и Q (x, y) – однородные функции одного порядка.

Однородное дифференциальное уравнение может быть приведено к виду

(29)

С помощью подстановки , т. е. однородное дифференциальное уравнение (29) приводится к уравнению с разделяющимися переменными относительно новой неизвестной функции t (x).

Пример 3. Решить дифференциальное уравнение:

Решение. Здесь , обе функции – однородные, 2-го порядка, так как выполнено

.

Разрешим данное уравнение относительно . Для этого запишем егов виде и разделим обе части на xydx, заменяя при этом на ; в результате получим исходное уравнение в виде (29): .

Введем подстановку y= tx, откуда . Тогда уравнение примет вид:

Это дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными относительно новой неизвестной функции t (х).

Разделяем переменные t и х:

Переходим к интегрированию:

Здесь использовано:

Заменяя t на и упрощая результат, получаем:

Поскольку функцию y (x) сложно выразить явным образом через х и С, запишем решение в форме общего интеграла уравнения.

Ответ: – общий интеграл уравнения.

Для определения типа дифференциального уравнения 1-го порядка
и выбора метода его решения можно использовать табл. 3.

Таблица 3

Тип дифференциального уравнения Вид, к которому приводится уравнение Метод решения
Дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными Разделение переменных:
Линейное дифференциальное уравнение 1-го порядка Замена: y = u (x) v (x),
Уравнение Бернулли Замена: y = u (x) v (x),
Однородное дифференциальное уравнение 1-го порядка Замена: y = tx, .




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-12-05; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1103 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Студенческая общага - это место, где меня научили готовить 20 блюд из макарон и 40 из доширака. А майонез - это вообще десерт. © Неизвестно
==> читать все изречения...

2346 - | 2303 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.008 с.