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

MI_T2TerekhovSV

.pdf
Скачиваний:
281
Добавлен:
13.04.2015
Размер:
14 Мб
Скачать
☆

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 8

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) 2 x y′+ y 2 =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y (4 + e x ) dy − e x dx = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

– однородные

 

 

 

в)

(1− x ) dy − y dx = 0 ,

y(0) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

x y′

 

 

 

 

 

+ y ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= y ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′ =

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x − y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– линейные

 

 

 

 

в)

(x2 −3y 2 ) dx + 2x y dy = 0 ,

y(2) = 4 ;

 

 

 

 

 

 

а)

x y′+ y = xsin x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′ctgx − y = 2 cos2 x ctg x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

d s

 

 

 

 

 

1

= 0 ,

 

s (1) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

− s − e t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли:

y′+ 4 x3 y = 4 y2 ex 4 (1 − x3 ) .

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x y

′′

− y

′

 

2

e

x

;

б)

y

′′

y

5

+ 2 = 0

,

 

 

 

 

′

=1;

 

 

 

 

 

 

 

= x

 

 

 

 

y(0) = y (0)

 

 

 

 

 

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) 4 y′′− y = ( x3 − 24x ) + e x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′′−5y′ = 2 ch (5x) (

chα =

eα + e−α

 

);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

y

′′

 

 

 

 

′

= x +cos x

;

 

 

′

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−3 y

y(0) = 0, y (0) = −

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

x y

′′

− y

′

= x у

2

e

x

,

 

 

′

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = y (0) =1

 

 

 

 

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′+ y = cosec x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

π

 

π

 

 

 

б)

y′′+16y =

 

 

 

 

 

 

 

,

y

= 3, y′

= 2π .

 

sin 4x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

8

 

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

а) x& = y − x

;

 

 

 

б)

x& = x + 6 y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = y − 4x

 

 

 

 

 

y = x −3y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

200

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 9

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

 

 

 

 

 

а)

dx

+

 

 

dy

 

= 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) 2 x dx − 2 y dy = x2 y dy − 2 x y 2 dx ;

 

 

 

 

– однородные

 

 

в) y′ = y cos x ,

 

 

 

y(0) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y

′

= −

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

 

 

 

y

 

2

 

 

 

 

 

y

+3 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 y′ =

 

 

+

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– линейные

 

 

(x2 + y 2 ) dx − 2 x y dy = 0 , y(1) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

а) ( x2 −1) y′− x y = x3 − x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′

 

2

 

 

 

 

 

 

3

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ x y = x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

d s

−

 

 

 

2 s

 

−1 −t = 0 ,

s (0) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 −t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли: 3 y′+ 2 x y = 2 x y −2e−2 x2 .

 

 

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

 

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y

′′

 

′

2

; б)

y

′′′

(x −1) − y

′′

= 0 ,

y(2) = 2 ,

′

 

 

,

 

′′

=1;

 

(1 + y ) = 5( y )

 

 

 

 

y (2) =1

y (2)

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′− 4 y′+ 4 y = e3 x + x2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′′+ 9 y = −36 sin(3x)−18 e x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

y

′′

+ 4y = 8cos (2x),

 

 

 

 

 

 

′

= 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = y (0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

y

′′

− y

′

= x

2

 

+1,

 

 

 

 

′

=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = y (0)

 

 

 

 

 

 

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π 2

 

а) y′′− 2 y′ = 4 x2 e2 x ; б)

y′′+π 2 y =

 

 

 

π

2

 

 

,

1

 

1

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

=1,

y′

 

 

=

 

 

sin(π x)

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

 

 

а) x& = 3x −5y

;

 

б) x& = x + 2 y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 2x −3y

 

 

 

y = 2x − y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

201

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 10

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

 

 

 

 

y −1

 

 

 

 

 

 

а) y′ =

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

x +1

 

 

 

 

 

 

б)(e x + 2) dy − y 2 e x dx = 0 ;

 

в) x dy − y dx = 0 , y(1) =1;

 

– однородные

 

 

 

 

 

 

 

y

 

а) x y′ = y cos

 

ln

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

б) x y′ = 4 x2 + y2 + y ;

 

в)( y 2 −3x2 ) dy + 2 x y dx = 0 , y(1) = 2 ;

– линейные

 

 

1

 

 

 

 

 

 

а)

y

 

;

 

 

 

 

 

+ y = ex

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

 

2 x y

=1 + x2 ;

 

y′−

 

1 + x2

 

в)

d s

+ s tg t

=

1

 

, s (0) =1

;

d t

cos t

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли: 2 x y′−3y = −( 5 x2 + 3) y3 .

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

– допускающие понижение порядка

а) y

′′

 

2

(

′

)

2

 

 

′′

 

y′

 

y′

 

1

 

′

 

 

 

 

+

 

 

 

= 0 ; б)

y

−

 

1 + ln

 

 

 

= 0 , y(1) =

 

,

= e ;

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

y (1)

 

 

 

 

1 − y

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y′′+ 4 y′+ 4 y = 25sin x + e−2 x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′′− 4 y′ =16 sh (4x) (

shα =

eα −e−α

 

);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

′′

− y = 9 x e

2 x

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = 0, y (0) = −5 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

y

′′

+9 y = sin(3x),

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = y (0) =1;

 

 

 

 

 

 

 

– методом вариации постоянных

 

π

 

 

 

 

 

π

 

 

а) y′′+ 4 y′+ 4 y = e−2 x ln x ;

 

 

б)

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

= 4 .

 

 

y′′+ 4 y = 8 ctg (2x), y

 

5, y′

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

 

 

а) x& = x + y

;

 

 

б)

x& = 2x + 7 y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = y − x

 

 

 

 

y = x − 2 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

202

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 11

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

 

 

 

а) ( x y 2 + x ) dx + ( y 2 − x2 y 2 ) dy = 0 ;

 

 

 

 

 

 

б) ( 4 + e2 x ) y y′ = e 2 x ;

 

 

 

 

 

 

 

– однородные

 

 

в)

(1 + y 2 ) dx − x y dy = 0 ,

y(2) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y′

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

+ tg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

 

′

 

 

 

x2 + 2 x y − y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

= 2x2 − 2 x y

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– линейные

 

 

в)

( x2 + y 2 ) dx − 2 x y dy = 0 ,

y(4) = 0 ;

 

 

 

 

 

а)

y '−y ctg x = 2 xsin x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′

−

 

 

2

y = e

x

( x

+1)

2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

x +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

t

 

d s

 

−t 2 = 2s ,

 

s (1) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли:

3 x y′+ 5y = ( 4 x −5) y 4 .

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′ = ( y′ )2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y′

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

б)

y′′(1+ ln x ) +

 

 

 

 

=

2 + ln x ,

y(1) =

2 , y′(1) =1;

 

 

 

 

x

 

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′− 7 y′+10 y = e2 x + x2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′′+ 2 y′+ 5y = 2sin x + x e x ;

 

=1;

 

 

 

 

 

в)

y

′′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

+ y = 2sin x −6cos x , y(0) = y (0)

 

 

 

 

 

г)

y′′− 2 y′ = e2 x

−1,

 

y(0) = 81 , y′(0) =1;

 

 

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′− 2 y′+ y =

e x

;

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y′′+ y = 4 ctg x ,

π

 

π

 

= 4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

=

y′

 

 

 

4 − x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

а) x& = 2x − y

;

 

б)

x& = y −3x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 4 y −5x

 

 

 

y = 9x − y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

203

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 12

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

а) ( x y − x )dy + y dx = 0 ;

б) 4 − x2 y′+ x y2 + x = 0 ;

– однородные

 

 

 

в)

2 x y dx = dy ,

 

y(1) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

y′

=

 

 

(1+ ln y −ln x ) ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) x y′ = 3 x2 + y 2 + y ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

y′

=

 

x

 

+

y

 

,

y(1)

= 2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

– линейные

 

 

 

 

 

y

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′+ y = x y3 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

y

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 3x − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

d s

= t + 2s ,

s (0) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли: 2 y′+ 2 y = x y 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

 

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

 

 

 

′

2

+1 = y y

′′

;

 

б)

 

2 y

′

y

′′

+ y

2

 

 

′

)

2

= 0 , y(1)

=

′

;

 

 

а) ( y )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( y

 

0 , y (1) =1

 

 

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′−8y′+ 7 y =14 + x e x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

y′′−5y′ = sin x + x2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

y

′′

+ 9 y = −18sin(3x)−18 e

3 x

,

 

′

 

 

=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = y (0)

 

 

 

 

 

 

г)

 

y

′′

 

 

 

 

 

 

′

+ 4 y = sin(2x)+ 2 ,

 

 

 

′

=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 4 y

 

y(0) = y (0)

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′− y′ = ch (2x)

 

 

eα + e

−α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4e−2 x

 

(

chα =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

);

б)

y′′+ 6 y′

+8 y =

 

,

y(0) = y′(0) = 0 .

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 + e2 x

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

 

а) x& = 2y −3x ;

 

 

 

б) x& =

4x − 2 y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = x + 6 y

 

 

 

 

 

y = x + y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

204

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 13

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y y′+ x +1 = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′x ln x = y ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

= e ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y′sin x − y ln y = 0 , y

 

 

 

 

 

 

– однородные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

= e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

x

 

+ x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

y 2

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

2 y

= x2 +8 x +8 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– линейные

 

 

 

 

 

в)

x dy − y dx =

 

 

x2 + y2 dx ,

y(2) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

а) 2 x y′−3y = −20 x2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

12

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

= −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

d s

 

− s

= et ,

 

s (0) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли:

y′+ y = x

 

 

y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y y

′′

= y

2

y

′

 

′

2

; б)

(1 + x

2

) y

′′

−

2 x y

′

= 0 ,

 

 

 

 

′

= 3 ;

 

 

 

 

+ ( y )

 

 

 

 

 

 

y(0) = 0 , y (0)

 

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′− y′+ y = x3 + 6 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′′+ y′ = 2 shx +3

(

shα

=

eα −e−α

 

);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

y′′+ y = 2 cos (7x)−

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3sin x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

y

′′

 

 

 

 

 

 

′

+ 4 y

 

= cos (2x)

+ e

2 x

, y(0)

 

 

′

=1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− 4 y

 

 

= y (0)

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′−4y′=2 sh(2x)

(

 

eα −e−α

);

 

б) y′′+3y′ =

9e 3x

 

 

 

 

 

shα =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

y(0) =ln4 ,

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+e 3x

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y (0) = 3(1−ln 2) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

а) x& = 9x +3y

;

 

 

б)

x& = 6x − y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = x − y

 

 

 

 

 

 

y = 2x + 4 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

205

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 14

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

а)

tg y dx +tg x dy = 0 ;

б) (1 + e 2 x ) y y′ = e 2 x ;

в)

y (1 + x2 ) y′ = x (1 + y 2 ) , y(1) =1;

– однородные

а) ( 6x + y ) dx +( 4y + x ) dy = 0 ;

 

 

′

 

 

 

x2 +3 y x − y2

 

 

б)

y

= 3 x2 − 2 x y ;

 

в)

y′ =

y

−

x

, y(1) =1

;

x

 

y

– линейные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y′ = a sin x +by ;

 

б) y′+ x y = 3 x3 ;

 

в)

d s

+

 

 

 

s

 

+ x2 = 0 ,

s (0) = 0 ;

 

1

+ t

 

d t

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли: x y′+ y = x y 2 .

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

– допускающие понижение порядка

а) y y

′′

 

′

2

= 0

;

 

б)

x y

′′

′

, y(1)

= 0 ,

 

′

 

 

 

+ ( y )

 

 

 

 

= y

 

y (1) =1;

 

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′− 7 y′+12 y = e3 x + 4 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y′′− 6 y′+ 9 y = 3 x e 2 x + e 3 x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

y′′+ 4 y′ = −8sin(2x)+32 cos (2x);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

y′′+ y = sin x ,

π

 

π

 

= 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

= y′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

а) y′′− y = 2 sh x (

shα=

eα −e−α

 

);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

 

′

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

+8y = 2

+e−2 x

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y

−6y

y(0) =1+3ln3, y (0) =10ln3.

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

а) x& = x − 2y ;

б)

x& = 4x −3y .

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 3x + y

 

 

 

 

 

 

 

y = x −7 y

 

 

 

 

 

206

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 15

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

 

 

 

а)

e

y

 

dy

+1

 

 

=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) x dx − y dy = y x2 dy − x y 2 dx ;

– однородные

в)

( 2 x +1) dy + y 2 dx = 0 , y(0) =1;

а) ( x y − y)dx + x dy = 0 ;

 

 

 

 

 

 

б)

 

y '=

 

 

y 2

+8

y

 

+12

;

 

 

 

 

 

 

x2

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– линейные

в)

(y 2 −9 x2

)dx + 2 x y dy = 0 , y(1) =1;

а) y ' +2 x y = −2 x3 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

y '− y cos x = −sin (2x);

 

 

 

в)

 

d s

−

2 s t

 

 

=1,

s (0) = 2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

1 + t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли:

 

 

y '+

 

 

2y

=

2

 

 

y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

– допускающие понижение порядка

 

а) y ''= −

x

;

б)

 

y y ''+( y ')2

= 2 ,

y(0) = y '(0) =1;

 

 

 

y'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– со специальной правой часть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y ''+y '= (x2 + 4)+ e x ;

 

 

 

 

б)

 

y ''−4 y '+8 y = 5sin x −3cos x ;

 

 

 

в)

 

y ''+y = 2 e x

+ cos x ;

 

 

 

 

г)

 

y ''−4 y '+ 4 y = sin x + e2 x , y(0) = y '(0) =1;

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

а) y ''+y = x cos2 x ;

б)

y ''+

 

 

 

y

 

=

 

 

 

 

 

1

 

 

 

, y(0) = 2 , y '(0) = 0 .

π 2

 

 

π

2

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

а) x& = 5y − 2x ;

б)

x& = x + 7 y .

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = y −10x

 

y = 6x + y

 

 

 

 

 

 

 

 

207

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 16

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

а) (1−5 x ) dy = 3 y dx ;

б) 2 x + 2 x y2 + 2 − x2 y '= 0 ;

– однородные

в)

(1 + e x

)y y '= e x , y(0) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

;

 

 

 

 

 

 

 

y '= e

x

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2

 

x

 

 

 

 

б)

4 y '=

+10

 

 

y

+5 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

x

 

– линейные

в)

(x2 + 3 y 2 )dx = 2 x y dy ,

y(2) = 0 ;

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

x +1

 

 

 

 

 

 

 

а)

y '−

 

 

=

;

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

б)

y '−

 

y

 

 

= −

ln x

 

;

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

1

 

d s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 2

 

 

 

 

в)

 

− s = e

 

, s (0) =1;

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

t d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли:

y '+2 x y = 2 x3 y3 .

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

– допускающие понижение порядка

 

а) x y ''+y '= 0 ;

б)

y '' y 2

 

= ( y ')3 , y(1) =1,

y '(1) = 2 ;

– со специальной правой часть

 

 

 

 

а)

y ''+4 y = 8sin(2x)+ x2 ;

 

 

б) y ''+2 y '= x e x + 3 ;

 

 

в)

y ''−9 y '+8 y = x e x + sin x ;

 

г)

y ''−9 y = (2 − x)+ cos x ,

y(0) =1, y '(0) = 2 ;

– методом вариации постоянных

а)

−

=

2 sh x (

shα =

eα −e−α

 

 

 

y '' y

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y ''+π

2

y =

π 2

,

 

 

1

 

,

 

 

 

 

 

y

 

=1

 

 

sin(π x)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

);

 

1

 

 

π 2

.

y '

 

 

=

 

2

2

 

 

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

а) x& = 7x + y

;

б) x& = x − y .

&

 

&

y = x + 7 y

 

y = y −3x

208

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 17

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

 

а)

 

 

dx

 

 

+

 

 

 

dy

= 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +1

 

 

 

 

y +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y ln y + x y′ = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– однородные

в)

y′

ctg x + y = 2 ,

y(0) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

+ x y −5 y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y

′

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

= x2 −6 x y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) x y y′ = x2 + y 2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– линейные

в)

(y + x2 + y2

)dx − x dy = 0 ,

y(0) =1;

 

а)

y′+3 y tg (3x)= sin(6x);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

y′+ 2 x y =

x sin x

;

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

− s tg t = sect , s (0) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли:

 

x y′+ y = y 2 ln x .

 

 

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

 

 

а) 1 + ( y′)2 = y y′′;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y′

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

б)

 

y′′(1+ ln x ) +

 

= 2 + ln x ,

y(1) = 2 , y′(1) =1;

x

 

– со специальной правой часть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y′′+ y′− 2 y = 8sin(2x)+5 ;

 

 

 

 

б) y′′+16 y = sh (4x);

 

 

 

 

 

 

 

в) y′′+ 4y′+ 4 y = −2e−2 x + x ;

 

 

 

 

г)

y

′′

+ y

′

= e

−x

(x

−1) +cos x ,

y(0) = 0 ,

′

 

 

 

 

 

 

y (0) =1;

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y ''−2 y = 2 sh(2x) (

 

 

eα −e−α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

π 2

 

shα =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

);

 

б) y′′+π

 

y

=

 

,

y(0) = 3 , y′(0) = 0 .

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

cos(π x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

а) x& = 5x −8y ;

б)

 

x& = x + y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 2x +3y

 

 

y = x −3y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

209

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]