Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

На дом. № 3956, 3958, 3960, 3966, 3988, 3990, 4000.





Линейным дифференциальным уравнением первого порядка называется уравнение, линейное относительно неизвестной функции и её производной первого порядка . Оно имеет вид:

, , (2.1)

где и -- известные функции независимой переменной , непрерывные на промежутке .

Если , то уравнение (2.1) называется линейным однородным, исходное же уравнение (2.1) с правой частью называется линейным неоднородным дифференциальным уравнением. Однородное уравнение является уравнением с разделяющимися переменными и имеет общее решение такого вида:

.

Общее решение неоднородного уравнения можно найти методом вариации произвольной постоянной, который состоит в том, что решение ищется в виде

, (2.2)

где -- неизвестная функция от . В результате подстановки (2.2) в уравнение (2.1) получаем дифференциальное уравнение, интегрируя которое, удаётся найти функцию .

Пример 2.1. Решить уравнение

. (2.3)

Решение. Однородное уравнение, соответствующее данному неоднородному, имеет вид: , его общее решение , . Общее решение уравнения (2.3) ищем в виде

, (2.4)

где - неизвестная функция. Подставляя (2.4) в (2.3), получаем уравнение , откуда .

В итоге, общее решение уравнения (2.3):

, .

Может оказаться, что дифференциальное уравнение линейно относительно как функции независимой переменной , т.е. имеет такой вид:

.

 

Пример 2.2. .

Решение. Данное уравнение является линейным относительно функции и её первой производной:

. (2.5)

Сначала решаем соответствующее однородное уравнение

.

Его общее решение имеет вид , . Решение уравнения (2.5) ищем в виде

, (2.6)

где - неизвестная функция. Подставляя (2.6) в (2.5), имеем:

откуда

.

Интегрируя по частям, получим:

В итоге:

. (2.7)

Подставляя (2.7) в (2.6), получаем общее решение исходного дифференциального уравнения:

.

 

3957. Решить уравнение

Решение. Разделим на левую и правую части уравнения. Поскольку не обращается в нуль нигде на оси ОX, никакие решения уравнения потеряны не будут. Получим:

. (2.8)

Однородное уравнение, соответствующее данному неоднородному:

.

Проинтегрируем, предварительно разделив переменные:

.

Общее решение уравнения (2.8) ищем методом вариации постоянной, подставив в (2.8)

, (2.9)

где C(x) - неизвестная функция, получим:

,

откуда

; .

Подставив в (2.9), получим общее решение исходного дифференциального уравнения:

,

 

3961. Решить уравнение .

Решение. Это уравнение становится линейным, если считать функцией независимой переменной . Тогда уравнение примет вид:

(2.10)

Интегрируя соответствующее однородное уравнение, получаем:

.

Решение уравнения (2.10) ищем в виде

. (2.11)

Подставив (2.11) в (2.10), получим:

;

Интегрируя по частям дважды, имеем:

Зная , находим общее решение исходного дифференциального уравнения:

.

Уравнение Бернулли имеет вид . При и оно является линейным, при других значениях приводится к линейному виду с помощью перехода к новой неизвестной функции .

 

Пример 2.3. Решить уравнение

. (2.12)

Решение. Разделив обе части уравнения на , получим

.

При этом следует учесть, что является частным решением исходного уравнения. Сделав замену переменных , заметим, что . В результате уравнение (2.12) будет преобразовано к виду

. (2.13)

Решая однородное уравнение находим

,

Подставив в (2.13), получим ,

откуда:

и

Общее решение исходного уравнения:

.

 

4043. Решить уравнение Бернулли

Разделив все на получим:

.

Переходим к новой неизвестной функции , тогда и уравнение принимает вид

(2.14)

Соответствующее однородное уравнение решаем методом разделения переменных:

.

Решение неоднородного уравнения ищем в виде

.

После подстановки в (2.14) получаем уравнение

,

из которого после сокращений получаем:

.

Решение уравнения:

 

Контрольные вопросы.

 

  1. Дайте определение линейного дифференциального уравнения первого порядка.
  2. В каком случае линейное дифференциальное уравнение называется однородным, а в каком – неоднородным?
  3. В чем состоит метод вариации произвольной постоянной?
  4. Какой вид имеет уравнение Бернулли? Опишите метод решения уравнения Бернулли.

 

 







Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 433. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!




Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...


Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...


Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...


ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Ганглиоблокаторы. Классификация. Механизм действия. Фармакодинамика. Применение.Побочные эфффекты Никотинчувствительные холинорецепторы (н-холинорецепторы) в основном локализованы на постсинаптических мембранах в синапсах скелетной мускулатуры...

Шов первичный, первично отсроченный, вторичный (показания) В зависимости от времени и условий наложения выделяют швы: 1) первичные...

Предпосылки, условия и движущие силы психического развития Предпосылки –это факторы. Факторы психического развития –это ведущие детерминанты развития чел. К ним относят: среду...

Экспертная оценка как метод психологического исследования Экспертная оценка – диагностический метод измерения, с помощью которого качественные особенности психических явлений получают свое числовое выражение в форме количественных оценок...

В теории государства и права выделяют два пути возникновения государства: восточный и западный Восточный путь возникновения государства представляет собой плавный переход, перерастание первобытного общества в государство...

Закон Гука при растяжении и сжатии   Напряжения и деформации при растяжении и сжатии связаны между собой зависимостью, которая называется законом Гука, по имени установившего этот закон английского физика Роберта Гука в 1678 году...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2025 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия