Дифференциальные уравнения

Методическое пособие - Математика и статистика

Другие методички по предмету Математика и статистика

»яющими переменными называется уравнение вида

Функции , , , непрерывны в своих областях определения и 0

Разделив обе части уравнения на отличное от нуля произведение получим уравнение с разделяющимися переменными

 

.

 

Общий интеграл этого уравнения имеет вид:

 

 

1.5 Однородные уравнения I порядка

 

Однородным уравнением первого порядка называется уравнение вида .

Заменой z=y/x это уравнение сводится к уравнению с разделяющимися переменными относительно функции z=z(x)

 

 

1.6 Уравнения, приводящиеся к однородному

 

Уравнением, приводящимся к однородному, называется дифференциальное уравнение вида.

Заменой это уравнение приводится к однородному уравнению .

Здесь - это единственное решение линейной системы

 

.7 Линейные уравнения I порядка

 

Линейным дифференциальным уравнением первого порядка называется уравнение вида .

Здесь - известные, непрерывные на [a;b] функции.

Доказано, что если функции непрерывны на [a;b], то для любой начальной точки [a;b], задача Коши

 

 

Имеет единственное решение y=y(x) на [a;b].

Рассматривают однородные и неоднородные линейные уравнения первого порядка: , .

Общее решение линейного уравнения 1-го порядка можно найти с помощью замены y(x)=

 

.8 Уравнение Бернулли

 

Уравнением Бернулли называется уравнение первого порядка вида .

Здесь - известные, непрерывные на [a;b] функции, n>1.

Заменой z(x)= уравнение Бернулли сводится к линейному уравнению относительно функции z(x):

,

, ,

.

 

Получаем линейное относительно z(x) равнение:

 

 

1.9 Уравнения в полных дифференциалах

 

Уравнение называется уравнением в полных дифференциалах, если выражение в левой части уравнения является дифференциалом некоторой функции двух переменных F(x,y), т.е. если

Тогда F(x,y)=C - общий интеграл уравнения. Здесь C - произвольная производная.

Уравнение является уравнением в полных дифференциалах, тогда и только тогда, когда

 

.10 Теорема существования и единственности решения задачи Коши

 

Рассмотрим обыкновенное дифференциальное уравнение 1-го порядка, записанное в нормальной форме:

Областью определения уравнения называется область D определения правой части уравнения

Функция y=y(x) является решением задачи Коши:

если y(x)=y дифференцируема на [a,b], (x,y(x)) для всех x из [a,b], и при подстановке в уравнение обращает его в тождество:

Фундаментальным результатом теории обыкновенных дифференциальных уравнений является теорема существования и единственности решения задачи Коши:

Пусть функция и ее частная производная непрерывны в некоторой области D плоскости и точка принадлежат области D. Тогда:

В некоторой окрестности точки существует решение задачи Коши

Если и два решения задачи Коши, то на

Геометрически это означает, что если условия теоремы выполнены, то через каждую точку области D проходит единственная интегральная кривая уравнения.

Бесконечное множество решений уравнения: можно рассматривать как однопараметрическое семейство функций - семейство решений задач Коши.

 

 

элементы которого различны для разных значений . Иными словами область D расслаивается на интегральные кривые

Важно понимать, что результат теоремы имеет локальный характер - существование и единственность решения гарантированы, вообще говоря, только в малой окрестности . Важно также понимать, что условия теоремы существования и единственности достаточные условия. Нарушение условий теоремы не означает, что решение задачи не существует либо, что оно не единственное.

 

 

Список литературы

 

Кузнецов Л.С. Сборник задач по высшей математике. СПб: Лань, 2005

Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление для вузов. Том 1. М: Наука, 1978

1.