Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634699)
Контекстум
.

Дифференциальные уравнения (110,00 руб.)

0   0
АвторыСадчиков Павел Валерьевич
ИздательствоИздательский дом ВГУ
Страниц34
ID656210
Аннотация В настоящем пособии излагаются основы теории обыкновенных дифференциальных уравнений и методы интегрирования отдельных типов уравнений первого и второго порядков. Изложение сопровождается многочисленными обстоятельно разобранными примерами. В приложении содержатся варианты индивидуальных заданий для самостоятельного решения.
Кому рекомендованоРекомендовано для студентов 1-гокурсагеологическогофакультета, 1-го курса исторического факультета и 2-го курса химического факультета.
Дифференциальные уравнения / П.В. Садчиков .— Воронеж : Издательский дом ВГУ, 2016 .— 34 с. — 34 с. — URL: https://rucont.ru/efd/656210 (дата обращения: 24.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Дифференциальные_уравнения.pdf
Стр.1
Стр.3
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Стр.10
Дифференциальные_уравнения.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ Учебно-методическое пособие Составитель П. В. Садчиков Воронеж Издательский дом ВГУ 2016
Стр.1
Введение Одна из глубочайших мыслей И. Ньютона, которую он счёл нужным засекретить и опубликовал лишь в виде анаграммы, состоит в следующем: «Data aequatione quotcunque fluentes quantitae involvente fluxiones invenire et vice versa». В переводе на современный математический язык это означает: «Полезно решать дифференциальные уравнения». В настоящее время теория дифференциальных уравнений представляет собой трудно обозримый конгломерат большого количества разнообразных идей и методов, в высшей степени полезный для всевозможных приложений и постоянно стимулирующий теоретические исследования во всех отделах математики. В настоящем пособии излагаются основы теории обыкновенных дифференциальных уравнений и методы интегрирования отдельных типов уравнений первого и второго порядков. Изложение сопровождается многочисленными обстоятельно разобранными примерами. В приложении содержатся варианты индивидуальных заданий для самостоятельного решения. 3
Стр.3
Определение 6. Функция y ϕ= ( )x циального уравнения (2), если после замены y на ϕ( )x , y′ на ϕ( )x′ называется решением дифферен, оно обращается в тождество. Определение 7. График решения дифференциального уравнения называется интегральной кривой. Определение 8. Условия в силу которых функция y ϕ= y y= при x x= , ( )x 0 0 принимает заданное значение (4) y 0 в заданной точке 0x , называют начальными условиями решения. Начальное условие записывается в виде yx y() или xx 00 0== . y = 0 y Определение 9. Общим решением дифференциального уравнения первого порядка (2) называется функция y ϕ= ( , )Cx y ϕ= ( , )Cx извольную постоянную и удовлетворяющая условиям: 1) функция , содержащая одну проявляется решением дифференциального уравнения при каждом фиксированном значении C ; 2) каково бы ни было условие (4), можно найти такое значение постоx C ) удовлетворяет данному янной C (C C= 0 ) , при котором функция y ϕ= ( , 0 начальному условию. Определение 10. Частным решением дифференциального уравнения первого порядка называется любая функция y ϕ= ( , )Cx ( , 0 щего решения y ϕ= при конкретном значении постоянной C C= . 0 Определение 11. Задача отыскания решения дифференциального уравнения первого порядка (2), удовлетворяющего заданному начальному условию (4), называется задачей Коши. Теорема 1 (существования и единственности решения задачи Коf ( , )yx ши). Если в уравнении (3) функция 6 и ее частная производная x C ) , полученная из об
Стр.6
f ( , )yxy ′ то существует единственное решение y y( )x= ряющее начальному условию (4). Геометрически общее решение y ϕ= непрерывны в некоторой области D , содержащей точку ( , 0 этого уравнения, удовлетво) ( , )Cx x0 y , представляет собой семейство интегральных кривых на плоскости Оxy , зависящее от одной произвольной постоянной C , а частное решение y ϕ= x y . ( , 0 ную кривую этого семейства, проходящую через заданную точку ( ; 0 Пример 3. Рассмотрим уравнение y −=′ ется функция y C x/= x C ) – одну интегральx0 y . ) Нетрудно проверить, что общим решением данного уравнения явля, где C – произвольная постоянная. При различных значениях C получаем различные решения. Найдем частное решение, удовлетворяющее, например, начальным условиям x = y = . Имеем 1 = ⋅С . Отсюда C = 1 и искомое частное решение y = 1/ . 0 1, 0 x 1 1 бой семейство гипербол y C x/= решение данного уравнения (рис. 1). Геометрически общее решение данного уравнения представляет со, каждая из которых изображает частное Рис. 1 7
Стр.7
УРАВНЕНИЯ С РАЗДЕЛЯЮЩИМИСЯ ПЕРЕМЕННЫМИ Определение 12. Уравнение вида 11 2 P() ( ) () ( ) 0+= (5) x Q y dx P x Q y dy 2 называется уравнением с разделяющимися переменными. Разделим уравнение (5) на 21 () ( ) 0 += . Проинтегрировав полученное уравнение почленно, получим его общий интеграл: Qy dyQy () 2 1 () 0  . Px Q y dx Px Q y+= 12 21 () () на 21 () ( ) 0 ( ) ( ) dy C ет отдельно решить уравнение 21 Замечание 1. При почленном делении дифференциального уравнения Px Q y ≠ могут быть потеряны некоторые решения. Поэтому следуPx Q y = и установить те решения () ( ) 0 дифференциального уравнения, которые не могут быть получены из общего решения, – особые решения. Замечание 2. Уравнение 12 разделяющимися переменными. Для этого достаточно положить разделить переменные. Пример 4. Решить уравнение () ( Преобразуем левую часть уравнения (1 )yx (1 ) 0 имеет вид (4). Делим обе части уравнения на x 0y ≠ : 11 0xy yxy dx x − = . dx ++ xy dy ) 0 ++x y dy dx Найдем общий интеграл: ln ln x xy y = c, т.е. ln xy + x − y = . ++ − 8 c − = . Оно xy dy +−+= . yf () ( ) также сводится к уравнению с ′ = ′ = x f y y dy dx и Px Q y ≠ . Получим 1 2 Px dx Px + () ()
Стр.8
Здесь уравнение 21 Px Q y = имеет вид x 0y = . Его решение x 0= и y 0= () ( ) 0 являются решениями дифференциального уравнения, но не входят в общий интеграл. Значит, 0x = и y 0= – особые решения. ОДНОРОДНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ если (, ) Определение 13. Функция (, )gx y называется однородной порядка m , gx yλλ g x yλ= m ( , ) . Определение 14. Уравнение вида (, ) Px y dx Q x y dy+=, ) 0 ( (6) называется однородным, если (, )Px y и (, )Qx y – однородные функции одного порядка. Однородное уравнение (6) может быть приведено к виду С помощью подстановки или yf y x зуется в уравнение с разделяющимися переменными. Пример 5. Найти общее решение уравнения 22 Qx y xy= (, ) 2 ′ =  . y uy xu x== однородное уравнение преобраЭто уравнение однородное, так как функции Px y x y=− и 22 () 2 (, ) гда dy udx xdu=+ . Подставляем в исходное уравнение: 22 2 () 2−+ ⋅ 22 2 (1 (1 ) 2 udx uxdu 2 0 x u x dx x ux xdu x ux udx = , xu u−+ +dx ⋅ + 2 ⋅ ⋅ 2 ) 2ux du = , 3 0 ++ = – уравнение с разделяющимися переменными. Разделяем переменные dx u duxu +=+ 2 1 2 9 0 и интегрируем: 0 – однородные функции второго порядка. Положим yux= , тоx y dx xydy−+ = . 0
Стр.9
ln ln(1 ) 2 x ycx+= . 22 x uc++ = → += . 2 1 x(1 )uc Возвращаясь к исходным переменным, получим общий интеграл ЛИНЕЙНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ Определение 15. Дифференциальное уравнение первого порядка называется линейным, если его можно записать в виде yp () () ′+= , x y где ()p x и () qx – заданные функции. Определение 16. Если q( ) 0≡x однородным уравнением. Если q( ) 0≠x , то уравнение (7) называется линейным , то уравнение (7) называется линейным неоднородным уравнением. Рассмотрим два метода решения линейного уравнения (7) – метод подстановки (метод Бернулли) и метод вариации произвольной постоянной (метод Лагранжа). Метод Бернулли Решение уравнения (7) ищется в виде произведения двух других функций, т.е. с помощью подстановки yuv= , где u u( )x= и v v( )x= чаем: u v u v p x u v q x=⋅⋅ функцию v v( )x= y u v u v′⋅+⋅′=′ ′ ⋅ + ⋅ ′ + ( ) – неизвестные функции от x , причем одна из них произвольная, но не равная нулю. Тогда ( ) или u v u (v p x v q x=⋅ ′ + ( ) ) 0 . Итак, . Подставляя выражения y и y′ в уравнение (7), полу′ ⋅ + ⋅ решим дифференциальное уравнение v′ + ( ) =⋅ vxp 10 так, чтобы выражение в скобках было равно нулю, т.е. 0 , dx + ( ) =⋅ vxp dv q x (7) ( ) . Подберем
Стр.10

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
.