- •Общие сведения о дифференциальных уравнениях.
- •1). Задачи, приводящие к дифференциальным уравнениям.
- •2). Дифференциальные уравнения первого порядка.
- •Рассмотрим дифференциальное уравнение вида
- •Общий интеграл его есть
- •3). Задача Коши. Теорема существования и единственности решения.
- •4). Простейшие типы дифференциальных уравнений первого порядка.
- •Другими словами, уравнение (22) представляется в виде
- •Дифференциальные уравнения высших порядков.
- •1). Дифференциальные уравнения высших порядков. Задачи Коши для дифференциальных уравнений высших порядков.
- •2). Уравнения, допускающие понижение порядка.
- •Линейные дифференциальные уравнения высших порядков.
- •2. Демидович б.П. Краткий курс высшей математики. М. 2004.
- •1). Линейные дифференциальные уравнения высших порядков. Структура общего решения лоду.
- •2). Лоду с постоянными коэффициентами.
- •Структура общего решения лнду.
- •1. Письменный д.Т. Конспект лекций по высшей математике. М. 2004.
- •2. Демидович б.П. Краткий курс высшей математики. М.- 2004.
- •Учебные вопросы:
- •1). Структура общего решения лнду.
- •2. Лнду с постоянными коэффициентами.
- •3) Пусть правая часть неоднородного лду представляет сбой сумму числа функции, т.Е. .
- •3. Заключительная часть:
2). Лоду с постоянными коэффициентами.
Рассмотрим неоднородное ЛДУ -го порядка с постоянными коэффициентами
. (11) 1) Пусть первая часть , где - многочлен степени .
а) Если не является корнем характеристического уравнения, тогда частное решение неоднородного уравнения ищется в той же форме, т.е.
,
где - не определены. Для их нахождения нужно продифференцировать раз и подставить его в уравнение (11). А дальше коэффициенты находятся аналогично способу неопределенных коэффициентов при интегрировании, т.е. приравниваются коэффициенты при одинаковых степенях .
Пример: Найти частное решение уравнения .
Составляем характеристическое уравнение , корни его , . Значит, не является корнем характеристического уравнения.
Будем искать частное решение в виде .
Найдем первую и вторую производные
,
.
Подставим в уравнение:
.
Отсюда, приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях справа и слева, получим
,
;
б) Пусть является корнем характеристического уравнения кратности . Тогда частное решение ищется в той же форме, но с сомножителем , т.е.
.
И далее аналогично пункту а).
Пример. .
Характеристическое уравнение имеет корни его , . Значит, является корнем характеристического уравнения кратности один. Поэтому частное решение надо искать в виде
.
Пример: .
Характеристическое уравнение имеет корни корень кратности два, т.е. . Поэтому решение ищем в виде .
Продифференцируем его дважды:
,
и подставим в уравнение. Вынося и экспоненту, получим
,
Частным решением является функция
.
2) Пусть правая часть уравнения (11) есть
.
а) Если комплексное число не является корнем характеристического уравнения, тогда частное решение неоднородного уравнения ищется в виде
,
где - многочлены степени с неопределенными коэффициентами.
Пример: .
Характеристическое уравнение можно представить виде , т.е. , значит не является корнем характеристического уравнения. Решение будем искать в виде .
,
,
.
Подставляя эти производные в уравнение, после сокращения получим
.
Следовательно, частным решением является функция
.
б) Если является корнем характеристического уравнения кратности , тогда частное решение неоднородного ЛДУ (11) ищется в виде
, .
Пример: .
Характеристическое уравнение
имеет корни , следовательно, является корнем кратности . Поэтому решение следует искать в виде
.
3) Пусть правая часть неоднородного ЛДУ представляет сбой сумму числа функции, т.е. .
Для наглядности рассмотрим, когда правая часть сумма двух функций
.
Будем решение искать в виде .
Тогда, подставляя его в уравнение и пользуясь свойством линейного дифференциального оператора, получим
или
.
Таким образом, если правая часть уравнения представляет собой сумму функций, то уравнение разбивается на уравнений с этими новыми правыми частями. Найдя частное решение каждого неоднородного уравнения, получим частное решение исходного уравнения в виде суммы частных решений этих уравнений.