Лекция 14. Дифференциальные уравнения высших порядков
Дифференциальное уравнение n – ого порядка в общем виде записывается так:
Дифференциальное уравнение n – ого порядка в виде, разрешенном относительно старшей производной, выглядит так:
Решением дифференциального уравнения n – ого порядка называется функция Общим решением дифференциального уравнения n – ого порядка называется функция 1. при любом наборе констант 2. для любого набора начальных условий из области существования решения Заметим, что общее решение дифференциального уравнения n – ого порядка зависит ровно от n констант. Частным решением дифференциального уравнения n – ого порядка называется какое-либо из решений, входящих в общее решение (при конкретном выборе констант). Общим интегралом дифференциального уравнения n – ого порядка называется функция Интегральной кривой называется график частного решения. Общее решение представляет собой совокупность интегральных кривых.
Обычно рассматривается одна из трех задач: 1. Найти общее решение дифференциального уравнения n – ого порядка, 2. Задача Коши – найти частное решение дифференциального уравнения n – ого порядка, удовлетворяющее заданным начальным условиям, 3. Краевая задача – найти частное решение, удовлетворяющее заданным начальным условиям, одна часть которых задана в точке Теорема Коши (существования и единственности решения задачи Коши для дифференциального уравнения n – ого порядка Пусть функция Тогда для любой внутренней точки (через любую внутреннюю точку
Пример. Рассмотрим дифференциальное уравнение второго порядка
Понижение порядка дифференциальных уравнений.
Мы умеем аналитически решать всего пять типов дифференциальных уравнений первого порядка: с разделяющимися переменными, однородные, линейные, Бернулли, в полных дифференциалах. Причем однородные, линейные и Бернулли тоже сводятся к уравнениям с разделяющимися переменными. Даже решить уравнение второго порядка, не говоря уж об уравнении n-го порядка – проблема. Поэтому стараются понизить порядок дифференциального уравнения, если это возможно, чтобы свести его к известным типам уравнений первого порядка. Если правая часть дифференциального уравнения n-го порядка зависит только от x, то интегрируя его n раз, можно получить решение.
Но это – очевидный случай. Рассмотрим менее очевидные случаи.
|