Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Ларина

.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
15.05.2015
Размер:
413.44 Кб
Скачать

Э

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у/

= Acos x - B sin x - Cex

,

- 2у/

= sin x + ex .

 

 

 

НИ

Пример 6. Найти общее решение уравнения у//

 

 

 

 

Решение. Характеристическое уравнение к2

- 2к = 0 имеет корни:

 

 

 

 

к1 = 0,

 

 

 

к2 = 2, , поэтому общее решение соответствующего однородного

 

уравнения у

 

= С + С е2x .

 

Правая часть уравнения

f (x) = sin x + ex

,

 

 

 

- Asin x - B cos x + Cex

- 2Acos x + 2B sin x + 2Cex

= sin x + ex ,

 

 

АГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

следовательно, частное решение ищем в виде учн = Asin x + B cos x + Cex .

 

 

Дифференцируем:

 

y// = -Asin x - B cos x + Cex .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя в уравнение у// , у/ , получаем:

 

 

 

 

 

ка

 

 

 

 

 

ex

 

 

 

 

 

 

2C = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = -

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

- A + 2B = 1,

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

- B - 2A = 0, Þ

 

B =

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, частное решение исходного уравнения имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

yчн

= -

5

sin x +

5

 

cos x +

2

 

e

, а общее решен е этого уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

0н

= С + С

2

е2х -

sin x +

cos x +

ex .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

5

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 7. Найти решение уравнен я у//

+ у = х + 2ех ;

у(0) = 0,

у/ (0) = 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

x

 

 

 

+1 = 0

имеет корни

к

 

= i, к

 

= -i ,

Решение. Характеристическое уравнен е к2

1

2

тогда общее решение соответствующегои

однородного уравнения

 

 

у

= С cos x + C

 

sin x . Правая часть уравнения f (x) = x + 2ex , тогда частное

00

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

ая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

решение ищем в виде: yчн

 

= Ax + B + Ce

 

. Дифференцируя и подставляя в

 

уравнение у, у // , получ ем: у/ = А + Сех ,

 

у// = Сех .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сех + Ах + В + Сех = х + 2ех

 

 

 

 

 

 

 

Сравнивая коэффицие ты при

ех , х, х0 имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ех

 

 

2С =

2,

 

н

 

С = 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

нА = 1,

 

 

 

 

 

 

 

чн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

 

 

А = 1,

 

 

Þ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х0

 

 

В = 0

 

 

 

 

В = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С2

+ 2 = 1

 

 

 

= х

+ ех

, а общее решение исходного

Следовательно, частное решение у

 

 

уравнения у

 

= С cos x + C

 

sin x + x + ex . Учитывая начальные условия

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

0н

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = 1, y/ (0) = 1, имеем С1

+1 = 1,

т.е. С = 0,С = -1.

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда решение уравнения у = -sin x + x + ex .

Э

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

л

 

 

 

 

 

 

Задания для самостоятельной работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решить уравнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АГ4

 

 

 

 

 

 

Уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y//

+ y/ 2y = 8sin 2x,

y(0) = 0, y/

(0) = 1

 

y = sin x +

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y//

2y/ = 5y = ex cos2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = (C cos2x + C

 

sin 2x)ex +

ex sin 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y//

9y = e3x cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C e3x + C e

3x

+ка1 e3x (6sin x cos x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y//

+ y = 3sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C1 cos x + C

2 sin x

3

x cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

y//

+ y = 4x cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C cos x + C

2

sin x + x cos x + x2 sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

//

y = 3sin x 4cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C1e

x

+ C

2e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е+ 2cos x sin x

 

y// 3y/ + 2y = 10ex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

т

 

2x

 

 

 

5

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C1e

 

+ C

2e

 

 

 

 

+

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y// + 4y/ 5y = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

5x

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C1e

 

+ C

2e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2y// + 5y/ = 29cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

и

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ C

e

x

 

+ 5sin x 2cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y//

+ y = 4xex ,

y(0) = −2, y/

(0) = 0

 

 

yл= (2x 2)ex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y//

+ y = 4sin x,

y(0) = 1, y/ (0) = 2

 

 

 

 

y = cos x + 4sin x 2x cos x

 

 

 

 

 

 

y//

2y/ 3y = e4x ,

 

y(0) =

26

, y / (0) =

 

39

 

y = 2ex

+ 3e3x

 

+

 

1

e4x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y//

+ 4y/ + 4y = 32xe2x ,

y(0) = −1, y/ (0) = 1

y = xe2x + (2x 1)e2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

//

+ 9y = 6cos3x,

 

 

 

 

 

 

ая

/

 

б

 

 

 

y = cos3x + (x +1)sin 3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = 1, y

(0) = 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y//

2y/ 8y = −8cos 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C e2x

+ C

2

e4x

+

3

cos2x +

1

sin 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§5. Нормаль ая система дифференциальных уравнений.

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.1. Основные п нятия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение. Система дифференциальных уравнений, разрешённых

 

относительно производных от неизвестных функций, называется

 

нормальной системой дифференциальных уравнений и имеет

 

 

 

 

 

 

сл дующийк

 

ì

 

 

dy

1

=

 

f 1 ( x ,

y 1 , y 2 ,....

y n ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï dy 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вид: ï

 

 

 

 

 

 

=

 

f 2 ( x ,

y 1 ,

y 2 ,...

y n )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

í dx

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

.......... .......... .......... .........,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

dy n

 

=

f n ( x , y 1 , y 2 ,... y n )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

dx n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э

л

Совокупность функций у1 = ϕ1 (х),

у2 = ϕ2 (х),....., уn = ϕn (x) называется

 

решением нормальной системы, если эти функции при подстановке в

 

уравнения системы обращают их в тождества.

 

Условия у1 = у10 , у2 = у20 ,.... уn

= yn0

при х = х0

называются начальными

 

ì dy1

= P (x)y + P (x) y

+ .....+ P (x)y + f (x) АГ

 

условиями решения, а задача отыскания решения по заданным начальным

условиям задачей Коши.

 

 

 

НИ

Если правые части нормальной системы являются линейными функциями

относительно неизвестных функций у1 , у2 ,...уn

 

то такая система называется

ïdyn

= P (x) y + P (x)y

 

+ .......+ P

(x)каy + f (x)

ï

 

dx

11

1

12

2

 

1n

n

1

 

ï dy

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

dx

= P21

(x) y1 + P22 (x) y2

 

+ .....+ P2n (x)yn

+ f2 (x)

линейной и имеет вид í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï ...........................................................................

ï

 

 

 

 

n1

1

n2

 

2

 

nn

n

 

n

 

 

 

 

 

 

 

î dx

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

Если функции f1 (x), f2 (x), .....fn (x)

тождественно равныенулю, то линейная

система называется однородной. В противн м случает – неоднородной.

 

 

 

 

 

 

 

 

л

и

 

 

 

 

5.2. Методы решения систем уравнен й.

 

 

 

 

 

 

1) Метод исключения неизвестных.

 

 

 

 

 

 

 

 

С помощью этого метода данная система сводится к одному уравнению

 

n го порядка относительно одной неизвестной функции. Этого можно

достичь, дифференцируя одно

з уравненийб

системы и исключая все

неизвестные, кроме одной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 1. Решить систему уравненийи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

= 2x + y,

dy

= x + 2y;

x(0) = 1,

y(0) = 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

dt

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Продифференцируем первое уравнение по t :

x//

= 2x/ + y/ .

Исключая y/ = x + 2y, y = x/

- 2x имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x//

= 2x/ + x + 2(x/

- 2x) или

x// - 4x/

+ 3x = 0.Характеристическое уравнение

 

k

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ая

k2

= 3

, следовательно, общее решение

 

 

 

- 4k + 3 = 0 имеет кор и

k1 = 1

 

x

00

= C et + C

e3t . Общее решение для y

находим из первого уравнения

 

 

 

1

2

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e3t .

 

y

00

= x/ - 2x, y

00

= C et + 3C

e3t - 2C et - 2C

e3t

Þ y

00

= -C et + C

 

 

 

 

 

 

 

н

1

2

 

1

 

2

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì 1 = C + C

 

ìC = -1,

 

Воспользуемся начальными условиями:

 

.

í

1

 

2 Þ í

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

î3 = -C1 + C2

î

C2 = 2

 

Таким образом,

íìx = -et + 2e3t , решение исходной системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

тр

 

 

 

 

î y = et

+ 2e3t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

/

= -7у + z, и

Прим р 2. Найти общее решение системы уравнений

í у

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îz / = -2y - 5z

выделитье из него частное решение, удовлетворяющее начальным условиям y = 0, z = 1 при x = 0.

Э

 

 

 

Решение. Продифференцируем первое уравнение по x :

 

y//

= -7y/ + z / .

 

 

 

 

Подставим в это равенство выражение z /

 

= -2y - 5z, тогда

y//

= -7 y/ - 2y - 5z .

 

 

 

Учитывая, что

z = y/ + 7y

имеем

y//

= -7y/ - 2y - 5( y/ + 7y);

.

 

 

 

 

 

НИ

 

 

 

y//

+12y/ + 37y = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристическое уравнение k 2 +12k + 37 = 0 имеет корни

 

 

 

 

 

 

 

k

1

 

= -6 + i, k

2

 

= -6 - i , тогда общее решение

 

 

y

00

 

= e6x (C cos x + C

2

sin x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дифференцируя его получаем,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x) . Подставим выражение для

 

 

 

y/

 

= -6e

6x (C cos x + C

2

sin x) + e

6x (-C sin x + C

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АГ

 

 

 

 

y,

 

y/ в первое уравнение системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 6e6x (C cos x + C

2

sin x) + e6x (-C sin x + C

2

cos x) = -7e6x (C cos x + C

2

sin x) + z

Þ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

00

 

= e6x (C (cos x - sin x) + C

2

(sin x + cos x))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая начальные условия, получаем

ì

 

 

0 = C1 ,

 

 

 

Þ

 

ìC1 = 0,

 

 

 

 

í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î1 = C1 + C2

т

 

е

 

ка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îC2

 

= 1;

 

 

 

 

Частное решение системы :

ì

 

 

 

 

y = e6x sin x,

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îz = e6x (sin x + cos x).

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3. Найти общее решение системы íìх

/

 

=

 

- у, .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

у/

= х + 2у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

х/ = 4х - у,

 

 

ìх// = 4х/ - у

/ ,

 

 

ìх//

 

=

 

 

и

 

 

 

 

 

- 2у,

 

 

ìх//

= 6х/ - 9х,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4х/ - х

 

 

 

 

 

 

 

Решение. í

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Þ

í

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Þ

í

 

 

 

л

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Þ

í

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îу =

х + 2у;

 

 

î у = х + 2у;

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

= х + 2у;

 

 

 

 

î у = 4х - х ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристическое уравнение первого уравнения системы к2

- 6к + 9 = 0

 

 

 

имеет корни к

= к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (С + С

t)e3t . Найдем

 

 

 

 

2

= 3, , тогда общее решение х

00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y00 = 4x - x/ .

 

 

 

 

Дифференцируя и подставляяи

, имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х/ = С

е3t + 3(C + C

t)e3t ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 4(C

+ C

 

t)e3t

- C

e3t

- 3(C + C

 

 

 

 

y = (C

 

+ C

 

t - C

 

 

)e3t . Общее решение -

 

 

 

2

2

t)e3t ,

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

x = (C1 + C2t)e3t ,

 

 

 

 

н

ая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

íy = (C + C

2

t - C

2

)e3t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Метод интегрируемых комбинаций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Этот мет д с ст ит в следующем:

комбинируя уравнения системы, после

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

несложных пре бразований получаем интегрируемые уравнения. А это

 

 

 

 

позволяет найти решение системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ìdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 1. Решить систему уравнений íï

 

 

 

 

 

 

x(0) = 2,

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

x + y

 

 

 

 

 

 

 

 

Р ш ниек

тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

dy

 

=

 

 

 

 

y

 

 

 

 

y(0) = 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Составим первую интегрируемую комбинацию, разделив первое

уравнение на второе:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

=

 

е

x

×

x + y

=

x

;

dx

=

x

Þ

dx

=

dy

Þ ln | x |= ln | y | +ln | C |Þ x = C y.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

x + y

 

 

y

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

dy

 

 

y

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îy(C1 +1) = t + C

2

 

 

 

 

ïx =

C1

(t + C

2 )

 

 

НИ

 

Составим вторую интегрируемую комбинацию, сложив эти уравнения:

 

 

 

dx

+

dy

=

 

 

x

 

 

+

y

= 1,

dx

+

dy

= 1 Þ x + y = t + C2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

dt

 

x

+ y

 

 

x + y

 

 

dt

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

y

=

 

t + C2

 

 

 

АГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

 

 

 

x = C1 y

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Þ

ï

 

 

 

 

 

 

.

 

 

Находим общее решение системы í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

 

 

 

 

 

 

 

С2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï 4 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ìС1

ка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используя начальные условия, получаем

í

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

Þ

í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï2 =

 

С1 ×С2

 

 

 

 

î С2 = 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив в общее решение найденные значения С1 , С2 , получим частные

 

 

решения, удовлетворяющие начальным условиям:

 

 

 

т

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

х

=

 

1

t + 2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïy =

t + 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

dx

=

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x + y;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Решить систему уравнений íï dt

 

 

 

x(0)

= 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïdy =

 

 

 

 

 

yи

 

 

y(0) = 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

2x + y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

первое уравнение на второе,

 

Решение. Составим первую комбинацию. Разделивл

 

 

получим

dx

=

x

Þ

 

dx

=

dy

 

Þ x = C1 y .

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

y

 

 

x

 

y

 

 

 

dtб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составим вторую интегрируемую ком инацию. Сложив удвоенное первое

 

 

уравнение со вторым, получим

2dx + dy

 

= 1, d(2x + y) = dt

 

Þ

2x + y = t + C2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ая

ï

 

 

 

 

2C1 +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из системы уравнений

ì

 

x = C1 y,

находим общее решение системы

 

 

 

í

+ y = t

+ C2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

î2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

 

C (t + C

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

ïx

=

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í

 

 

 

 

t + C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

y

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

2C +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

 

=

 

 

C2

 

 

 

 

 

 

ì

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï2

 

2C +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используя начальные условия, получаем

ï

 

 

 

 

 

 

Þ

 

ïC =

 

 

.

Подставив в

 

 

í

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

í

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

C1C2

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï1

=

 

2C +1

 

 

 

 

îC2 =

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2 , получим частные решения,

 

 

общее решение найденные значения C1,

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï x

=

 

 

t +1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

удовл творяющие начальным условиям:

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïy

=

1

t + 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э

Пример 3. Решить систему уравнений íìх/ = у, .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î у/ = х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Составим первую комбинацию, сложив эти уравнения

 

 

 

 

х/ + у / = у + х Þ d(x + y) = (x + y)dt Þ

d(x + y)

= dt Þ ln

 

 

x + y

= t Þ x + y = C et .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y

 

 

 

 

C1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составим вторую комбинацию, вычитая второе уравнение из первого

х/ - у/ = у - х Þ d(x - y) = ( y - x)dt Þ

d(x - y)

= -dt Þ ln

x - y

= -t Þ x - y = C2et .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x - y

 

 

 

 

 

 

 

C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АГ

Общее решение находим из системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì х + у = С1еt

 

ì2x = C1et + C2et ,

ìx = 0,5C1et + 0,5C2et ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

íх - у = С

2

еt

Þ

í2y = C et - C

2

et ; Þ

íy = 0,5C et - 0,5C

2

et ;.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

1

 

î

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задания для самостоятельной работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

ка

 

 

 

 

Решить данные системы дифференциальных уравнений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ìx/

 

 

= 3x - 2y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ìx = 0,5тet (2C1 + C2 + 2C2et ),

1.

í y/

 

= 2x - y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

í

 

 

 

о

y = et (C

+ C

 

t);

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответл:

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì x/ = 2x + y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = C1et + C2e5t

 

 

 

 

 

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

 

 

 

 

 

 

íy/

= 3x + 4y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

íy = -C et

 

+ 3C

2

e5t

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

б

î

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

dx

 

=

 

 

y

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ìx

2

= C1e

2t

+ C2e

2t

,

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

ï dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

 

 

 

 

 

 

í

dy

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2t + C2e2t

 

 

 

ï

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î y2

= C1e

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì dy

=

 

 

z -1

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

íï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: íìy = x - ex ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

dx

 

 

 

 

 

 

z

 

 

y(0) = -1, z(0) = 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

dz

 

=

1

,

 

 

 

н

ая

 

 

 

 

 

î z = ex .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y - x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

= xy,

 

 

н

 

 

 

 

 

ì

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

íï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: íïy = C1e 2 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïdz

+

dy

 

= z + xy.

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î z = C2e

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îdx

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì dx

 

= 3x + 5y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 3e7t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

íï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: íì x = 5e2t

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

6.

dt

 

x(0) = 2, y(0) = 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïdy

 

= -2x - 8y.

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îy = -e2t + 6e7t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì x = C1e4t + C2e5t ,

 

 

 

 

7.

ìx/

 

 

= 2x + 3y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

 

 

 

í

 

 

/

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í

 

 

 

 

 

2C1e

4t

+ C

2e

5t

.

 

 

 

 

î y

 

 

 

 

6x - y.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îy =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì dy

 

 

к

 

 

 

 

- y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

y = C1ex + C2e2x ,

 

 

 

 

8.

 

 

 

 

 

= 2z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

 

 

 

í dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

е

 

= 4z - 3y.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îz = C1e

 

 

+1,5C2e .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НИ

Э

зависимость между переменными факторами какого-либо физического,

ìdx

= 2x + y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НИ

9. íï

 

 

 

 

Ответ: íìx = 2e3t - et ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

x(0) = 1, y(0) = 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïdy

= x + 2y;

 

 

 

 

 

îy = 2e3t + et .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АГ

10.

 

ìх/ + у/ = 2(х + у),

Ответ:

ì х = С1е2t + C2e−2t ,

 

 

 

 

í

 

 

 

у/

= 3х + у.

 

íy = 3C e2t - C

e−2t .

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

dy

 

= 4y - 3z,

 

 

 

 

ì y = C e−2x + C

 

e3x

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

11. íïdx

 

 

 

 

Ответ:

íï

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï dz

= 2y - 3z.

 

 

 

 

ïz = 2C1e−2x +

 

 

 

C2e3x .

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ìdx

= y +1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 0,5C2et -1,

 

12.

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

ìx = 0,5C1et

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í dt

 

 

 

 

 

Ответ: í

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

0,5C e

- 0,5C

e

-1.

 

 

 

ï

 

 

 

= x +1.

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

1

е

 

ка2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ìdy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 2y + 3z = 0,

 

 

 

 

ì y = C e−3x

 

+ C

 

ex ,

 

 

 

 

 

13. íïdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: íï

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

т

 

−3x - C2ex .

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïz =

 

C1e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

dx

+ y = 0.

 

 

 

 

î

о

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ìdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 3x + y = 0,

x(0) = 1,

 

 

 

 

 

 

 

−2t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

dt

 

 

 

 

ì x = e

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.

 

í

 

 

 

 

Ответ:

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = -1

í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï dy

- x + y = 0.

 

б

л

îy = -e−2t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§6. Решение задач с помощью дифференциальных уравнений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи, решение которых приводится к интегрированию дифференциальных

уравнений, содержащих производныеб

 

или дифференциалы неизвестных

функций,

весьма разнообразны.

В таких

задачах

 

ищется

 

 

функция или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

химического или технического процесса, уравнение линии или поверхности.

При решении этих задач в ачале составляется дифференциальное уравнение

задачи, которое затем решается тем или иным способом в зависимости от его

типа. Диффере циаль ное уравнение задачи составляется по её условию и в

 

о

 

зависимости от условия задачи оно получается либо как соотношение между

тр

 

величин, либо как соотношение, содержащее

дифференциалами переменныхн

производные неизвестной функции. При составлении дифференциального

уравнения задачи в виде соотношения между производными используется геометрический или механический или экономический смысл производной. Кроме того, при составлении дифференциального уравнения задачи, в

зависимости от её условия, используются известные законы физики, химии,

механики и других наук и различные математические сведения.

Задачае

к

1. Найти кривую, проходящую через точку А(0;1), для которой

л

 

треугольник, образованный осью Оу, касательной к кривой в произвольной её

 

точке и радиус-вектором точки касания,- равнобедренный ( причём основанием

 

его служит отрезок касательной от точки касания до оси Оу).

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

Пусть

у = f (x) уравнение

кривой. Проведём касательную MN в

 

произвольной точке M (x; y)

кривой до пересечения с осью Оу в точке N . По

 

условию

| ON |=| OM | .

 

Но

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

а

 

 

 

найдём

из

уравнения

 

 

| OM |=

 

x2

+ y2

 

 

| ON |

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

НИ

 

касательной

Y - y = y (X - x), полагая Х = 0, получаем

 

 

Y =| ON |= y - xy .

 

Приходим к однородному уравнению

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= y - xy/ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АГ

 

 

x2 + y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть y = tx, y /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= -t / x .

 

 

= t / x + t,

 

тогда

 

х2 + t 2 x2

 

 

= tx - t / x2 - tx Þ

1+ t2

 

 

Разделяя переменные и интегрируя, получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

) = ln C - ln x Þ ln

 

y +

 

 

x2

+ y2

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

= (C - y)2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= -

Þ ln(t +

 

1+ t 2

 

 

 

 

= ln

Þ x2 + y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ t 2

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

x

 

 

ка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

е

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая начальное условие:

y(0) = 1, находим C = 2 .

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, искомой кривой является парабола

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х2 + у2 = (2 - у)2 Þ х2 = 4 - 4у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2. Найти кривую, проход щую через точку А(3;0), если известно, что

 

угловой коэффициент к сательной равен

х + у

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

 

 

 

 

 

х + у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Согласно условию задачи имеем: у/

 

 

=

. Решим полученное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

однородное диффере циальное уравнение. Полагая у = tx,

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t / x + t = 1+ t Þ t / x = 1

Þ

 

dt =

 

Þ

t = ln x + ln C

Þ

 

 

 

= ln(Cx) Þ

 

 

y = x ln(Cx) .

 

 

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая, что к ивая проходит через точку А(3;0),

 

 

 

получаем С =

 

.

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следова ельно, искомая кривая у = х ln

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

к

тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: y = x ln 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э

Задача 3. Найти выражение объёма реализованной продукции у = y(t) и его значение при t = 2 , если известно, что кривая спроса имеет вид p( y) = 3 2y ,

норма акселерации

 

1

 

= 1,5 , норма инвестиций m = 0,6,

y(0) = 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,2АГt

Решение. В этом случае уравнение принимает вид

 

 

 

 

 

 

 

у/ = 0,4(3 - 2у)у или

 

 

 

dy

 

= 0,4dt . Выполняя почленное интегрирование, НИ

 

 

 

(3 - 2y) y

получаем 3 ln

 

 

 

 

 

 

Þ 3 - 2y = Ce

 

, где С = е

 

1 .

 

 

 

 

 

 

3 - 2y = 0,4t + C1

 

1,.2t

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

3С

 

 

 

 

 

 

Учитывая, что у(0) = 1, получаем, что

С = 1. Следовательно,

у =

 

 

3е

 

.

1

+ 2e1,2t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

Тогда у(2) =

 

 

3е2,4

 

» 1,43 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ка1,43

 

 

 

1

+ 2е2,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отв т:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

Задача 4. Изменение численности населения посёлка с течением времени

описывается уравнением: у

 

= 0,3у(2 -10

4

у), где у = у(t),

t - время(лет) . В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

начальный момент времени население посёлка составляло 500 человек. Каким оно станет через три года?

Решение. Разделяя переменные в уравнении, по иучаем:

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

= dt .

0,3y(2 -104 y)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполняя почленное интегрирование, имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

бÞ

 

y

 

 

= Ce0,6t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

dt Þ ln

 

 

 

= 0,6t + C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ò 0,3y(2 -104 y)

 

ò

 

 

2 -104

y

(0) = 500и

 

1

 

2 -104 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая начальные условия,

y

 

находим значение постоянной

 

 

 

 

 

 

 

500

 

 

= Ce0 Þ C » 256,4 . Тогдаб

имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 - 0,0001×500

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

 

 

 

512,8e0,6t

 

,

 

y(3) =

 

512,8e1,8

 

Þ

 

 

y » 2685 .

 

 

 

 

 

 

 

 

1- 0,02564e0,6t

 

1- 0,02564e1,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 2685

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

у(5) = 2 .

Задача 5. Найти фу кцию спроса, если Ер = -0,5

Решение. Из определе иян

эластичности следует, что

- 0,5 =

р

 

dy

.

 

 

Это уравнение с разделяющимисян

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у dp

переменными. Решая его, получаем

 

-

1

 

dp

 

=

dy

 

Þ -о1

ln p = ln y + ln C Þ p

1

 

= Cy .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 p

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая начальное условие y(5) = 2 , имеем C =

 

1

 

. Окончательно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

5

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 2

 

5p0,5

 

 

ру2 = 20 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: ру2 = 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 6. Функции спроса и предложения на некоторый товар имеют вид:

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у = 50 - 2 р - 4

dp

,

 

 

 

 

НИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt .

 

 

 

 

 

 

 

x = 70 + 2 p - 5

 

dp

 

 

 

 

 

 

dp

 

 

 

4t

4t

АГ

 

 

 

 

 

dt

 

 

Найти зависимость равновесной цены от времени.

 

 

 

Решение. Из условия равенства спроса и предложения имеем:

 

 

 

50 - 2 p - 4

dp

= 70 + 2 p - 5

dp

 

Þ

dp

= 20 + 4 p . Получили уравнение с

 

 

 

dt

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

разделяющимися переменными. Разделяя переменные и интегрируя почленно,

 

 

 

 

 

 

ка

имеем ò

5 + p

= ò4dt

Þ ln(5 + p) = 4t + C1 Þ 5 + p = Ce Þ

p

= Ce - 5 .

 

 

 

 

Ответ:

p = Ce4t - 5

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

Задания для самостоятельной работы.

 

 

1.

Найти кривую, проходящую через точку А(1;1), у которой расстояние

 

 

 

о

 

 

 

 

 

любой касательной от начала координат равно абсциссе точки

 

касания.

 

т

 

 

 

 

 

 

Ответ: (х -1)2 + у2 = 1.

2.

Найти кривую, проходящую через точку А(2;16), зная, что угловой

 

коэффициент касательной в любой точкеи кривой в три раза больше

иб Ответ: у = 2х3

3.Найти кривую, проходящую через точку А(1;2), для которой отрезок на оси ординат, отсекаемый любой касательной к кривой, равенл началомб

 

 

 

 

 

 

 

ая

 

 

 

 

 

 

 

абсциссе точки касания.

Ответ: у = 2х х ln x

 

 

4.

Найти кривую, проход щую через точку О(0;0), зная, что угловой

 

 

 

коэффициент в любой её точке равен сумме координат этой точки.

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

Ответ: у = ех

- х -1.

 

 

5.

Найти функцию спроса у

= у( р) , если эластичность Е р постоянна и

 

 

 

 

 

о

а р нпри некотором значении спроса у :

 

 

 

 

 

 

задана це

 

 

 

 

 

 

 

Ер = -3,

 

р = 2 при у = 27 .

 

 

 

 

 

 

 

тр

 

у = 30 - р - 4 dt ,

Ответ: р3

 

 

= 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

6.

Функции спроса и предложения на некоторый товар имеют вид:

 

 

е

к

 

 

 

 

 

dp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

x = 20 + p +

dp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э

 

 

Найти зависимость равновесной цены от времени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

р = 5 + 2е−0,4t .