Дифференциальные уравнения (продолжение)

Содержание

Слайд 2

I. Примеры
Найти общий интеграл.
Поделим обе части на
чтобы разделить переменные.

Проинтегрируем обе части:

-

I. Примеры Найти общий интеграл. Поделим обе части на чтобы разделить переменные.
общий интеграл

После нехитрых преобразований можно разрешить это уравнение относительно
y и получить общее решение.

1.

Слайд 3

Перепишем уравнение, заменив

на

- общий интеграл

2.

Перепишем уравнение, заменив на - общий интеграл 2.

Слайд 4

- общий интеграл

Приведем уравнение к уравнению с разделяющимися переменными, вынося
общие множители за

- общий интеграл Приведем уравнение к уравнению с разделяющимися переменными, вынося общие множители за скобки: 3.
скобки:

3.

Слайд 5

4. Найти частный интеграл уравнения

удовлетворяющий начальному условию

Найдем вначале общий интеграл.

4. Найти частный интеграл уравнения удовлетворяющий начальному условию Найдем вначале общий интеграл.

Слайд 6

- общее решение

Используя начальное условие, подставляем в общее решение значения

Найденное значение константы

подставляем

- общее решение Используя начальное условие, подставляем в общее решение значения Найденное
в общее решение

- искомое частное решение

Слайд 7

Дифференциальное уравнение называется линейным, если оно
линейно (т.е. первой степени) относительно искомой

Дифференциальное уравнение называется линейным, если оно линейно (т.е. первой степени) относительно искомой
функции и её
производной

II. Линейные однородные дифференциальные уравнения 1-ого порядка.

Общий вид линейного уравнения:

Рассмотрим случай однородного уравнения, когда

, т.е.:

Это уравнение приводится к уравнению с разделяющимися переменными:

Слайд 8

Интегрируем:

здесь

Пример.

Найти общее решение.

Здесь

и тогда

- искомое общее решение

Интегрируем: здесь Пример. Найти общее решение. Здесь и тогда - искомое общее решение

Слайд 9

III. Дифференциальные уравнения высших порядков, допускающие понижение порядка.

Уравнение вида решается последовательным n-кратным

III. Дифференциальные уравнения высших порядков, допускающие понижение порядка. Уравнение вида решается последовательным
интегрированием.
Умножаем обе части уравнения на dx:
Интегрируем:
Получаем уравнение (n-1)-го порядка:
,где первообразная для f(x)
Снова умножаем обе части на dx и интегрируем:
или
и т.д.
Общее решение будет зависеть от n произвольных констант

Слайд 10

Пример.

Пример.

Слайд 11

которое получается из уравнения (1) заменой в нём производных искомой
функции соответствующими степенями

которое получается из уравнения (1) заменой в нём производных искомой функции соответствующими
, причём сама функция
заменяется единицей.

в котором все члены имеют первую степень относительно функции и её
производных, а коэффициенты

IV. Линейные однородные дифференциальные уравнения II-ого порядка с постоянными коэффициентами.

Такими уравнениями называются уравнения вида:

(1)

- постоянные

Для отыскания общего решения уравнения составляется характеристическое
уравнение:

(2)

Слайд 12

где и - линейно независимые частные решения уравнения (1),
а и - произвольные

где и - линейно независимые частные решения уравнения (1), а и -
постоянные.

Общее решение имеет вид

Строится общее решение в зависимости от дискриминанта
квадратного уравнения (2):

В этом случае имеем 2 различных действительных корня и ,
и общее решение имеет вид:

3)

В этом случае имеем пару комплексных сопряженных корней

где - мнимая единица, и -
действительные числа.

1)

2)

В этом случае имеем единственный действительный корень , и общее
решение имеет вид:

Слайд 13

Общее решение имеет вид:

Примеры выделения чисел и :

1.

2.

Общее решение имеет вид: Примеры выделения чисел и : 1. 2.

Слайд 14

Примеры интегрирования уравнений

1.

Характеристическое уравнение:

Имеем случай 1)

- общее решение

2.

Характеристическое уравнение:

Имеем случай 2). Общее

Примеры интегрирования уравнений 1. Характеристическое уравнение: Имеем случай 1) - общее решение
решение запишется:

Слайд 15

3.

Характеристическое уравнение:

Имеем случай 3).

Общее решение:

4. Найти частное решение уравнения

с начальными условиями

Найдём

3. Характеристическое уравнение: Имеем случай 3). Общее решение: 4. Найти частное решение
общее решение. Характеристическое уравнение:

имеем 2 комплексных корня