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

 

 

 

 


III. Линейные однородные дифференциальные уравнения 2-го порядка с постоянными коэффициентами.

I. Дифференциальные уравнения с разделяющимися переменными.

Опр. Дифференциальное уравнение 1-го порядка называется уравнением с разделяющимися переменными, если его можно представить в виде

Проинтегрируем почленно это уравнение и получим общее решение:

Алгоритм решения:

1. Разделить переменные

2. Найти общее решение уравнения интегрируя его почленно

3. Найти частное решение по начальным данным (если они есть)

4. Сделать проверку

 

Замечание. Часто уравнение с разделяющимися переменными называют уравнение вида:

Умножают обе части уравнения на дробь и получают уравнение вида

Затем интегрируют это равенство и находят общее решение

 

II. Линейные дифференциальные уравнения 1-го порядка

Опр. Уравнение вида называется линейным дифференциальным уравнением 1-го порядка. В этом уравнении искомая функция y и её производная входят 1-ой степени (линейно)

· Если f(x)≠0, то уравнение называется неоднородным

· Если f(x)=0, то уравнение называется однородным

Один из способов решения линейного дифференциального уравнения 1-го порядка – это метод подстановки Бернулли.

1) По методу Бернулли решение уравнения ищется в виде

(1)

где u=u(x), v=v(x) - некоторыедифференцируемые функции. Одну из этих функций можно взять произвольно, другая определяется из уравнения

2) Найдем производную:

(2)

3) Подставим равенства (1) и (2) в уравнение и получим:

(*)

Группируем слагаемые

Так как одну из функций можно взять произвольно, то будем считать, что функция такая, что

Это дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными:

Умножим его на на и получим:

4) Находим интегралы, а значит и функцию

5) Подставляем функцию в уравнение (*) и находим

6) Обе функции подставляем в уравнение (1) и получаем решение дифференциального уравнения

III. Линейные однородные дифференциальные уравнения 2-го порядка с постоянными коэффициентами.

 

Опр. Уравнение вида (1) называется линейным однородным дифференциальным уравнением 2-го порядка с постоянными коэффициентами p и q. (Искомая функция , , входят в него линейно)

 

Общее решение уравнения (1) зависит от корней характеристического уравнения:

(2),

которое получается из уравнения (1) заменой , , на соответствующие степени k, причем сама функция y заменяется 1.

 

Возможны три случая:

 

Корни уравнения (2) Общее решение уравнения Частные решения уравнения
Действительные и различные (D>0)
Действительные и равные (D=0)
Комплексно сопряженные (D<0)

 

Решения типовых примеров

Пример 1. Найти общее и частное решение уравнения , если

Решение:

Это дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными. Умножим его на дробь

Интегрируя это равенство, найдем общее решение дифференциального уравнения

Левая часть – это табличный интеграл

Правая часть уравнения – это интеграл, который найдем способом подстановки:

Итак, общее решение дифференциального уравнения имеет вид:

Так как , то подставим х=1 и у=1 в общее решение уравнения и получим:

или

Значит частное решение дифференциального уравнения имеет вид:

 

Пример 2. Найти общее решение уравнения

Решение:

Это линейное дифференциальное уравнение 1-го порядка. Решим его с помощью подстановки Бернулли

1) По методу Бернулли решение уравнения ищется в виде

(1)

где u=u(x), v=v(x) - некоторыедифференцируемые функции. Одну из этих функций можно взять произвольно, другая определяется из уравнения

2) Найдем производную:

(2)

Подставим равенства (1) и (2) в заданное в условии уравнение и получим:

(*)

Группируем слагаемые

Так как одну из функций можно взять произвольно, то будем считать, что функция такая, что

Это дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными:

Умножим его на на и получим:

Левая часть уравнения– это табличный интеграл

Правая часть уравнения – это интеграл, который найдем способом подстановки:

Значит решение этого дифференциального уравнения имеет вид:

Подставим найденное решение в уравнение (*) и найдем функцию u

Обе функции подставляем в уравнение (1) и получаем решение дифференциального уравнения

Пример 3. Найти общее и частное решение уравнения , если y=1 и =5 при х=0

Решение:

Решим соответствующее характеристическое уравнение:

D=36-52=-16<0

Общее решение уравнения:

Найдем y’ как производную произведения:

Т. к. х=0, у=1, =5, то получим систему:

e0=1, Sin0=0, Cos0=1, значит система упроститься и примет вид:

 

Частное решение уравнения:

 



<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Общие и специальные способности человека | Правовые основы организации и деятельности местной государственной администрации.
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2017-01-21; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 730 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Не будет большим злом, если студент впадет в заблуждение; если же ошибаются великие умы, мир дорого оплачивает их ошибки. © Никола Тесла
==> читать все изречения...

2574 - | 2263 -


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

Ген: 0.008 с.