- •1.Основные понятия дифференциальных уравнений: виды, решения, интегралы уравнений. Постановка задачи Коши.
- •2.Уравнения с разделяющимися переменными
- •3. Однородные и приводящиеся к ним уравнения.
- •4. Линейные и приводящиеся к ним уравнения.
- •6.Теорема существования и единственности решения задачи Коши: .
- •Для любой точки найдется решение уравнения (1), которое удовлетворяет условию (2)
- •Если два решения уравнения (1) совпадают хотя бы в одной точке , то решение и будут тождественно равны для всех значений переменной , для которых они определены.
- •Доказательство единственности решения
- •8 Понятие решения в параметрическом виде. Интегрирование уравнений .
- •9.Уравнения Лагранжа и Клеро.
- •10.Дифференциальные уравнения го порядка. Понятие решения. Понятие общего решения и общего интеграла.
Доказательство единственности решения
Пусть
и
два
решения (1) с общими начальными условиями
.Этот
интервал является пересечением
интервалов, на которых существуют
данные решения. Точка
-
принадлежит данному интервалу. Покажем,
что если эти решения совпадают в
некоторой точке
,
то они будут совпадать и на интервале
,
где r
достаточно малое положительное число.
Будем считать
,
тогда точка с координатами
может
играть роль начального значения для
функции
.
Поэтому, не нарушая общности, предположим,
что
совпадает с
.
Перейдем от дифференциальной постановки
к интегральной:
.
(19)
Рассмотрим прямоугольник с центром
в точке
.
А затем более узкий прямоугольник
.
При этом будем считать, что r
удовлетворяет (13),(16),(17). Этот значит,
что функции
удовлетворяют условию (14). Рассмотрим
на отрезке
,
на этом отрезке они принадлежат
,
тогда
,
а это возможно только когда
.
Покажем,
что наши функции будут совпадать на
всём интервале. Предположим, что
существует такая точка
,
в которой функции не совпадают ,
(для определенности). Обозначим через
N
множество всех точек отрезка
,
для которого
.
И покажем, что это множество замкнуто.
Пусть дана последовательность
.
В силу непрерывности
.
То есть точка
тоже
принадлежит множеству N.
Обозначим через
,
так как
-
замкнуто, то
должна лежать левее
,
но тогда, по доказанному выше,
должны совпадать на
и, следовательно, точка
не может быть
.
Мы получили противоречие, которое и
доказывает теорему
8 Понятие решения в параметрическом виде. Интегрирование уравнений .
Если
уравнение
второй
степени относительно
,
то оно имеет два решения относительно
:
и
,
непрерывных относительно
и
в
некоторой области, а геометрически
определяет в любой точке
этой
области два направления интегральных
кривых. Такие дифференциальные уравнения
,
кроме общего интеграла
и
частных интегралов, иногда имеют еще
и особый интеграл, не содержащий
произвольной постоянной и в то же время
не получающийся из общего ни при каком
значении постоянной. Особый интеграл,
если он существует, можно получить,
исключив
из
уравнений
и
или
же исключив
из
общего интеграла
и
.
Геометрически особый интеграл определяет
огибающую семейства интегральных
кривых.
2°. Уравнения вида f(y,y')=0 и f(x,y')=0
Если
уравнения
и
легко
разрешимы относительно
,
то, разрешая их, получим уравнения с
разделяющимися переменными. Рассмотрим
случаи, когда эти уравнения не разрешимы
относительно
.
А.
Уравнение вида
разрешимо
относительно
:
Полагаем
,
тогда
.
Дифференцируя это уравнение и заменяя
на
,
получим
откуда
или
Получаем общее решение уравнения в параметрической форме
Пример
3.
Решить уравнение
,
где
—
постоянные.
Решение.
Положим
,
тогда
,
или
.
Отсюда
и
.
Общим
решением будет
.
Б.
Если уравнение вида
неразрешимо
(или трудно разрешимо) как относительно
,
так и относительно
,
но допускает выражение
и
через
некоторый параметр
:
то
поступаем следующим образом. Имеем
.
С другой стороны,
,
так что
и
;
отсюда
Таким образом, получаем общее решение данного дифференциального уравнения в параметрической форме
