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 неоднородные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами




Линейное неоднородное дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами имеет вид

y||+py|+qy=f(x) (6.4.32)

Оно отличается от соответствующего линейного однородного уравнения

y||+py|+qy=0 (6.4.33)

наличием в правой части некоторой функции f(x).

Для нахождения общего решения уравнения (6.4.32) сначала нужно найти общее решение уравнения (6.4.33), а затем найти какое-либо частое решение y* уравнения (6.4.32). Их сумма есть общее решение данного неоднородного уравнения (6.4.32):

y= + y*.

Рассмотрим два метода нахождения частного решения.

Метод неопределенных коэффициентов.

Если правая часть уравнения (6.4.32) имеет вид

(6.4.34)

где a и b -действительные числа, а Pn(x) и Qm(x) – многочлены соответственно n-й и m-й степени с действительными коэффициентами, то частное решение y* уравнения (6.4.32) ищется в виде

(6.4.35)

где Ms(x) и Ns(x) – многочлены s-й степени (s – наибольшая из степеней n и m) с неопределенными буквенными коэффициентами, а k – кратность, с которой входит в число корней характеристического уравнения r2+pr+q=0, соответствующего однородному дифференциальному уравнению (6.4.33).

Для того, чтобы найти коэффициенты многочленов Ms(x) и Ns(x), искомое частное решение (6.4.35) подставляют в левую часть дифференциального уравнения (6.4.32) и производят соответствующие упрощения; затем в полученном тождестве приравнивают коэффициенты при подобных членах в левой и правой частях, что дает систему линейных уравнений относительно искомых коэффициентов, из которой определяют эти коэффициенты.

Укажем вид частного решения y* для некоторых частных случаев функции (6.4.34):

1)если a=0, b=0 (т.е. =0), то f(x)=Pn(x) и частное решение ищется в виде

y*=xk(A0xn+A1xn-1+…+An),

где k – кратность, с которой нуль входит в число корней характеристического уравнения;

2)если b=0 (т.е. =a), то и частное решение ищется в виде

y*=xk (A0xn+A1xn-1+…+An),

где k – кратность, с которой a входит в число корней характеристического уравнения;

3)если a=0, n=m=0 (т.е. = ), то и частное решение ищется в виде

где k – кратность, с которой входит в число корней характеристического уравнения.

В том случае, если правая часть уравнения (6.4.32) есть сумма функций вида (6.4.34), т.е.

f(x)=f1(x)+f2(x)+…+fr(x),

нужно предварительно найти частные решения соответствующие функциям f1(x),f2(x),…,fr(x). Тогда частное решение уравнения (6.4.32.) запишется в виде

(6.4.36)

Метод вариации произвольных постоянных

Более общим методом решения линейного неоднородного уравнения (6.4.32) является метод вариации произвольных постоянных.

Пусть y1 и y2 – линейно независимые частные решения однородного уравнения (6.4.33). Тогда общее решение неоднородного уравнения (6.4.32) следует искать в виде

y=C1(x)y1+C2(x)y2, (6.4.37)

где функции C1(x) и C2(x) определяются из системы уравнений

(6.4.38)

Решая систему алгебраических уравнений (6.4.38), находим

(6.4.39)

где

(6.4.40)

- определитель Вронского, составленный для решений y1 и y2.

Интегрируя равенства (6.4.39), получаем

(6.4.41)

откуда, подставляя найденные функции C1(x) и C2(x) в соотношение (6.4.37), получим общее решение линейного неоднородного уравнения (6.4.32).





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-10-27; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 543 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Своим успехом я обязана тому, что никогда не оправдывалась и не принимала оправданий от других. © Флоренс Найтингейл
==> читать все изречения...

2376 - | 2185 -


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

Ген: 0.01 с.