Дослідження двовимірної квадратичної стаціонарної системи із двома приватними інтегралами у вигляді кривих другого порядку

Дипломная работа - Математика и статистика

Другие дипломы по предмету Математика и статистика

µграла (1.3) системи (1.1) має місце співвідношення:

 

, (1.4)

 

де L (x,y) = px+my+n, p, m, n - постійні.

Тоді випливаючи формулі (1.4) одержимо рівність:

 

(2 (1x+ (2) (ax+by+a1x2+2b1xy+c1y2) + (cx+dy+a2x2+2b2xy+c2y2) = (y+ (1x2+ (2x+ (3) (px+my+n).

 

Дорівнюючи коефіцієнти при однакових ступенях xm yn ліворуч і праворуч, одержимо рівності:

 

(2a1-p) (1= 0 (1.51), (4b1-m) (1= 0 (1.52), 2 (1c1= 0 (1.53)

(2a-n) (1+ (a1-p) (2+a2= 0 (1.61)

2 (1b+ (2b1-m) (2+2b2+p= 0 (1.62)

(2c1+c2-m= 0 (1.63), (a-n) (2-p (3n+c= 0 (1.71)

(2b- (3m+d-n= 0 (1.72), (3n= 0 (1.73)

 

Нехай (1 (0, тоді з рівностей (1.51), (1.52), (1.53), (1.63) і (1.73) одержуємо, що

 

P=2a1, m=4b1, c1=0, c2=4b1, n=0 (1.8)

 

Зі співвідношень (1.61), (1.62) і (1.71) знайдемо вираження коефіцієнтів кривій (1.3) через коефіцієнти системи (1.1) у наступному виді:

 

1, (1.9)

2, (1.10)

3. (1.11)

 

Рівність (1.72) з урахуванням отриманих виражень (1.9) - (1.11), дасть умову, що звязує коефіцієнти a, b, c, d, a1, a2, b1, b2:

 

(1.12)

 

Отже, установлена наступна теорема:

Теорема 1.1 Система (1.1) має приватний інтеграл (1.3), коефіцієнти якого виражаються формулами (1.9) - (1.11), за умови, що коефіцієнти системи звязані співвідношенням (1.12) і c1= 0, c2= 4b1, a1 (0, 2b1a-a1b (0.

 

1.2 Побудова квадратичної двовимірної стаціонарної системи із приватним інтегралом у вигляді окружності або гіперболи

 

Нехай тепер система (1.1) поряд з інтегралом (1.3) має інтеграл у вигляді:

 

y2+ (x2+ (x+ (y+ (=0 (1.13)

 

Будемо розглядати тепер систему:

 

(1.14)

 

Відповідно до формули (1.4), де L

(x,y) = m1x+n1y+p1,m1, n1, p1 - постійні для системи (1.1), маємо:

 

(2a1-m1) (2= 0 (1.151)

(4b1-n1) (+2a1= 0 (1.152)

m1= 4b2 (1.153)

n1=8b1 (1.154)

(2a-p1) (+ (a1-m1) (+a2 (=0 (1.161)

2b (+ (2b1-n1) (+ (2b2-m1) (+2c= 0 (1.162)

(4b1-n1) (+2d-p1= 0 (1.163)

(a-p1) (+c (+m1 (= 0 (1.171)

b (+ (d-p1) (-n1 (= 0 (1.172)

p1 (= 0 (1.173)

 

Припустимо, що крива не проходить через початок координат, тобто ( (0.Нехай ( (0, тоді з рівностей (1.151), (1.153), (1.154) і (1.173) одержуємо, що

 

m1=4b2, n1=8b1, a1=2b2, p1=0 (1.18)

 

А зі співвідношень (1.161), (1.163) і (1.171) знайдемо вираження коефіцієнтів кривій (1.13) через коефіцієнти системи (1.1) у наступному виді:

 

(1.19), (1.20)

(1.21), (1.22)

 

Підставляючи коефіцієнти (, (, (і (у рівності (1.162) і (1.172), одержимо дві умови, що звязують коефіцієнти a, b, c, d, a2, b1, b2:

 

(1.23)

(1.24)

 

Отже, установлена наступна теорема:

Теорема 1.2 Система (1.14) має приватний інтеграл (1.13), коефіцієнти якого виражаються формулами (1.19) - (1.22), за умови, що коефіцієнти системи звязані співвідношеннями (1.23), (1.24) і b1 (0, b2 (0, a1=2b2.

 

1.3 Необхідні й достатні умови існування в системи (1.1) двох часток інтегралів (1.3), (1.13)

 

У розділах 1.1-1.2 ми одержали, що система (1.1) буде мати дві частки інтеграла у вигляді кривих другого порядку за умови, що коефіцієнти системи звязані співвідношеннями:

 

(1.25)

 

Причому b1 (0, b2 (0, a1 (0, b1a-b2b (0.

Виражаючи c з першого рівняння системи (1.25), одержимо

 

(1.26)

 

Підставимо (1.26) у друге й третє рівняння системи (1.25).

Одержимо два співвідношення, що звязують параметри a, b, d, a2, b1, b2:

 

.

Нехай і

(1.27)

 

З першого рівняння системи (1.27) одержимо

 

 

Підставляючи в друге рівняння системи (1.27), знайдемо

 

.

 

Зі співвідношень (1.25) при умовах (1.27) одержуємо, що коефіцієнти системи (1.1) визначаються наступними формулами:

 

(1.28)

(1.29)

(1.30)

, , , , (1.31)

 

Рівності (1.9) - (1.11), (1.19) - (1.22) за умови, що мають місце формули (1.28) - (1.31), дадуть наступні вираження для коефіцієнтів інтегралів (1.3) і (1.13):

 

1 (1.32)

2 (1.33)

3 (1.34)

(1.35)

(1.36)

(1.37)

(1.38)

 

Теорема 1.3 Система (1.1) має приватні інтеграли виду (1.3) і (1.13) з коефіцієнтами, певними формулами (1.32) - (1.38), за умови, що коефіцієнти системи (1.1) виражаються через параметри по формулах (1.28) - (1.31).

Нехай

 

(1.39)

 

З першого рівняння системи (1.39) знайдемо

 

, .

 

Підставляючи в друге рівняння системи (1.39), одержимо рівність:

 

(1.40)

 

Оскільки , те розглянемо два випадки: , тоді .

Зі співвідношень (1.25) при умовах (1.39) і (1.40) одержуємо, що коефіцієнти системи (1.1) визначаються наступними формулами:

 

, , (1.41)

, , , , (1.42)

 

Рівності (1.9) - (1.11), (1.19) - (1.22) за умови, що мають місце формули (1.41) - (1.42), дадуть наступні вираження для коефіцієнтів інтегралів (1.3) і (1.13):

 

1 (1.43),2 (1.44)

3 (1.45), (1.46)

(=0 (1.47)

(1.48),

(1.49)

 

Теорема 1.4 Система (1.1) має приватні інтеграли виду (1.3) і (1.13) з коефіцієнтами, певними формулами (1.43) - (1.49), за умови, що коефіцієнти системи (1.1) виражаються через параметри по формулах (1.41) - (1.42).

 

б) (1.50), (1.51)

 

З (1.50) знайдемо :

 

 

Зі співвідношень (1.25) при умовах (1.39) і (1.50) - (1.51) одержуємо, що коефіцієнти системи (1.1) визначаються наступними формулами:

 

, - будь-яке число, (1.52)

, , , , (1.53)

 

Рівності (1.9) - (1.11) і (1.19) - (1.22) за умови, що мають місце формули (1.52) - (1.53), дадуть наступні вираження для коефіцієнтів інтегралів (1.3) і (1.13):

 

(1=0 (1.54), 2 (1.55)

(1.56)

(1.57)

(1.58)

(1.59)

(1.60)

 

Теорема 1.5 Система (1.1) має приватні інтеграли виду (1.3) і (1.13) з коефіцієнтами, певними формулами (1.54) - (1.60), за умови, що коефіцієнти системи (1.1) виражаються через параметри по формулах (1.52) - (1.53).

2. Якісне дослідження побудованих класів систем

 

2.1 Дослідження системи (1.1) з коефіцієнтами, заданими формулами (1.28) - (1.31)

 

Будемо проводити наше д