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

 

 

 

 


Уравнения с отклоняющимся аргументом

 

Определение 1. Дифференциальным уравнением (ДУ) с отклоняющимся аргументом называется дифференциальное уравнение, в которое неизвестная функция и ее производные входят, вообще говоря, при различных значениях аргумента.

Например,

x / (t) =f (t, x(t),x(t-t)),t>0 (1)

Впервые отдельные уравнения такого типа появились в литературе во второй половине 18 столетия (Кондорсе 1771), но систематическое изучение их началось лишь в 20 веке.

Основная начальная задача для уравнения (1) заключается в определении непрерывного решения x(t) уравнения (1) при t>t0 при условии, что x(t)=j(t) при t-t£ t £ t0, где j(t)- заданная непрерывная функция, называемая начальной.

Отрезок t0-t£ t £ t0, на котором задана начальная функция, называется начальным множеством и обозначается ; точка t0 называется начальной точкой. Обычно предполагается, что

X (t0+0)=j(t0). (см. рис.1)

рис.1

Рассмотрим дифференциальное уравнение n-го порядка с L отклонениями аргумента,

,

где отклонения tI(t)³0. Здесь под x(k)(t-tI(t)) понимается k-я производная от функции x(z), взятая в точке z = t-tI(t). В дальнейшем предполагается, что все отклонения tI(t) непрерывны.

Пусть уравнение (2) разрешимо относительно (t); Обозначим l=m0-m, где m=max .

.

Замечание. Уравнения, для которых l>0, называются уравнениями запаздывающего типа (у них старшая производная, входящая в уравнение, не содержит запаздывания). (ЗФДУ)

Уравнения, для которых l=0, называются уравнениями нейтрального типа (у них старшая производная входит в уравнение, как с запаздыванием, так и без него). (НФДУ)

Уравнения, для которых l<0, называются уравнениями опережающего типа (для них характерно, что старшая производная, входящая в ДУ, содержит запаздывание, а производная того же порядка без запаздывания отсутствует). (ОФДУ)

Отметим ещё, что естественная классификация уравнений с отклоняющимся аргументом была предложена Г.А.Каменским.

Примеры:

1) -ДУ запаздывающего типа.

2) -ДУ нейтрального типа.

3) ДУ опережающего типа.

Рассмотрим ДУ

x / (t)=f (t, x (t), x (t-t)) (1)

с начальным условием x (t)= j(t), t где j(t)- начальная функция, начальное множество, t- запаздывание, t>0(запаздывание t может быть переменным: t=t(t)).

Основная начальная задача (задача Коши) для уравнения (1)заключается в нахождении непрерывного решения x(t), удовлетворяющего уравнению (1) с начальным условием x (t)= j(t), t .

Наиболее естественным методом нахождения решения уравнения (1) является так называемый «метод шагов» (метод последовательного интегрирования ДУ на отрезках , и т. д.), заключающийся в том, что решение x(t) рассматриваемого уравнения определяется из дифференциального уравнения без запаздывания

x /(t)=f (t,x (t),j0(t-t)), t0£ t £ t0+t, x(t0)=j0(t0),

так как при t0£t£t0+t аргумент t-t изменится на начальном множестве

[t0-t;t0] и, следовательно, третий аргумент x(t-t) функции f равен начальной функции j0(t-t).

Предполагая существование решения x =j1(t) этой начальной задачи на всем отрезке[t0;t0+t], аналогично получаем:

x/(t)= f(t,x(t),j1(t-t)), при t0+t £ t £ t0+2t, x0(t0+t)=j1(t0+t)

………………………………………………………………..

x/(t)= f(t, x(t),jn(t-t)), при t0+nt £ t £ t0+(n+1)t, x0(t0+nt)=jn(t0+nt)

Пример 2. Для уравнения x(t)= 6x(t-1), x=t при 0 £ t £ 1 определить x(t) при 1<t£3.

Применяя метод шагов, получим: x/(t)=6(t-1), 1 £ t £ 2, x(1)=1, так как x(1)=1. Интегрируя, находим:

x(t)= (так как 1=3(1-1)2 С=1). При 2 £ t £3: x/(t)=6 [3(t-2)2+1], x(2)=4, так как 3(2-1)2+1=4, тогда интегрируя:

x(t)=6(t-2)2+6t-8.

Заметим, что даже в случае существования непрерывных производных от функций j и f сколь угодно высокого порядка решение основной начальной задачи будет, вообще говоря, иметь разрыв первого рода у производной порядка k в точке t0+(k-1)t, но производные более низких порядков в этой точке будут уже непрерывны.

Действительно, в точке t0 x/(t) имеет, вообще говоря, разрыв первого рода, так как интегрируя уравнение

x/(t)=f(t, x(t),j0(t-t)), t0 £ t £t0+t, можно удовлетворить условию

x(t0)=j0(t0),но, вообще говоря, нельзя удовлетворить, кроме того, условию

x/(t0+0)=j/0(t0-0).

Таким образом, применение метода шагов становится затруднительным, если запаздывание t мало по сравнению с отрезком, на котором требуется определить решение.

 

 



<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Виконання обов’язкової кількості перевірних робіт | азақстанның экономикалық және әлеуметтік географиясы.
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2017-02-24; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 576 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Жизнь - это то, что с тобой происходит, пока ты строишь планы. © Джон Леннон
==> читать все изречения...

2294 - | 2065 -


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

Ген: 0.013 с.