рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Математика
/
Вид работы: Лекции
/
Линейные дифференциальные уравнения. Метод вариации произвольной постоянной

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Линейные дифференциальные уравнения. Метод вариации произвольной постоянной

Линейные дифференциальные уравнения. Метод вариации произвольной постоянной - Лекция, раздел Математика, Уравнения, в которых неизвестная функция входит под знак производной или диффе-ренциала, называется дифференциальным уравнением. Например Уравнение Вида Где Неизвестная Функция, Известные Фу...

Уравнение вида

где неизвестная функция, известные функции[2], называется линейным дифференциальным уравнением. Если то уравнение (1) называется однородным. Если то (1) называют неоднородным уравнением. Часто называют свободным членом уравнения (1) или неоднородностью.

Теорема 1.Пусть в уравнении (1) функции непрерывны на отрезке Тогда уравнение (1) с начальным условием имеет на отрезке

единственное решение и это решение может быть записано в виде

Доказательство.Найдем решение уравнения (1). Применим для этого так называемый метод вариации произвольной постоянной Лагранжа, который состоит в следующем.

Решим сначала однородное уравнение, соответствующее уравнению (1):

Затем вычислим решение уравнения (1), варьируя постоянную в решении однородного уравнения, т.е. будем определять решение уравнения (1) в виде где неизвестная функция. Подставляя предполагаемое решение в уравнение (1), будем иметь

откуда находим Значит, общее решение уравнения (1) можно записать в виде

Подчиняя его начальному условию найдём, что Следовательно, решение уравнения (1) с начальным условием имеет вид (2). Теорема доказана.

Замечание 1.Так как второе слагаемое в есть частное решение ( ) неоднород-

ного уравнения (1) (проверьте это!), а первое слагаемое суть общее решение соответствующего однородного уравнения, то для линейных дифференциальных уравнений имеет место утверждение: общее решение неоднородного уравнения равно сумме общего решения соответствующего однородного уравнения и частного решения неоднородного уравнения, т.е.

Замечание 2.В отличие от нелинейных уравнений, имеющих, как правило, локальные решения, линейные дифференциальные уравнения имеют “глобальные решения,” т.е. они существуют на отрезке на котором непрерывны коэффициенты уравнения (1).

И наконец, отметим, что так называемое уравнение Бернулли:

приводится к линейному уравнению делением обеих частей на и дальнейшей заменой переменной

Пример 1(Кузнецов Л.А. Типовые расчеты).Решить задачу Коши

Решение.Можно было бы сразу воспользоваться формулой (6), но мы ещё раз продемонстрируем метод Лагранжа. Найдём сначала общее решение соответствующего однородного уравнения:

Вычисляя общее решение исходного уравнения в виде , будем иметь

Значит, общим решением данного неоднородного уравнения является функция

Подчиняя её начальному условию будем иметь Следовательно, решением исходной задачи Коши будет функция

Если в уравнении порядок то это уравнение называют уравнением высшего порядка. Мы будем рассматривать уравнения высших порядков, разрешённые относительно старшей производной:

Областью определения уравнения (1) называется множество

{ имеет смысл }.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Уравнения, в которых неизвестная функция входит под знак производной или диффе-ренциала, называется дифференциальным уравнением. Например

семестр часть Дифференциальные уравнения... В каждой лекции все формулы определения и теоремы нумеруются так же как и в... Лекция Общие понятия Начальная задача задача Коши и теорема существования и единственности решения задачи Коши...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Линейные дифференциальные уравнения. Метод вариации произвольной постоянной

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Задача Коши. Теорема существования и единственности решения задачи Коши. Общее решение и общий интеграл
Сначала дадим понятие решения уравнения (3). Определение 1.Решением уравнения (3) на отрезке называется такая функция которая удовлетворяет

Уравнения, допускающие понижение порядка
Ясно, что чем меньше порядок дифференциального уравнения, тем легче его решить. Посмотрим, какие уравнения допускают понижение порядка. Сначала рассмотрим простейшее уравнение

Линейная зависимость и линейная независимость системы функций. Вронскиан. Исследование линейной независимости с помощью вронскиана
Пусть функции имеют смысл на отрезке Определение 1. Говорят, что система функцийлинейно зависима на отрезке , если существуют постоянные , не равные

Структура общего решения однородного дифференциального уравнения
Рассмотрим однородное линейное дифференциальное уравнение Докажем следующий важный результат. Теорема 5. Пусть функции являются

Структура общего решения неоднородного уравнения. Метод вариации произвольных постоянных Лагранжа
Пусть дано неоднородное дифференциальное уравнение Докажем следующее утверждение. Теорема 1(о структуре общего решения неоднородно

Метод вариации произвольных постоянных Лагранжа
Согласно теореме 1 поиск общего решения неоднородного дифференциального уравнения (1) сводится к двум процедурам: 1) построение фундаментальной системы решений соответствую

Комплексные решения дифференциальных уравнений. Линейная независимость комплексных решений
Напомним, что комплексными числами называют числа вида где и – действительные числа, --- мнимая единица ( ). При этом называется действительной частью, а – м

Построение общего решения однородного дифференциального уравнения в случае кратных корней характеристического уравнения
Напомним сначала, что корень характеристического многочлена называется корнем кратности если Полезно заметить, что если полином имеет различных корне

Алгоритм 1.
1) По уравнению (1) составляем характеристическое уравнение , заменив в (1) производные на степени ( ). 2) Найдем корни характеристического уравнения и установим их кратности. 3)

Построение общего решения неоднородного уравнения с постоянными коэффициентами. Метод подбора частного решения неоднородного уравнения
Для неоднородного уравнения с непрерывными на отрезке коэффициентами и неоднородностью был изложен метод вычисления частного решения называемый методом в

Извлечение корня й степени из комплексного числа. Множества в комплексной плоскости
Равенство (1) называется формулой Муавра. Используя его, можно вывести формулу извлечения корня й степени из комплексного числа. Однако для этого надо ввести сначала понятие

Предел и непрерывность функции комплексной переменной
Ниже везде, если не оговорено противное, все функции считаются однозначными. Кроме того, запись автоматически предполагает, что и – действительные величины. Ниже везде, есл

Производная функции комплексного переменного. Условия Коши-Римана. Аналитичность функции
Пусть функция определена в точке и некоторой ее окрестности Сместимся из точки в точку Тогда аргумент функции получит приращение , а сама функция -- приращение Опре

Геометрический смысл модуля и аргумента производной
Пусть функция дифференцируема в точке и При отображении вектор исходящий из точки переходит в бесконечно малый вектор исходящий из точки а гладкая кривая переходит в гладкую кривую

Теорема Коши для односвязной области и многосвязной области. Интегральная формула Коши
Напомним, что множество называется односвязным, если любой замкнутый контур, лежащий в можно стянуть в точку, не выходя из . Множество называется связным, если его гра

Первообразная функции комплексных переменных
Функция называется первообразной функции в области в области если дифференцируема в и Теорема 1. Если однозначная функция дифферен

Степенные ряды. Ряды Тейлора и Лорана
Функциональные ряды вида где (коэффициенты ряда) и (центр ряда) – постоянные, переменная, называются степенными рядами. Ясно, что если мы научимся вычислять область сходимост