- •Часть II
- •Введение
- •Глава 6. Полное исследование функции и построение графика
- •§6.1. Экстремум функции. Монотонность
- •§6.2. Исследование функции на экстремум
- •Необходимое условие экстремума
- •Первое достаточное условие экстремума
- •§6.3. Направление выпуклости и точки перегиба графика функции
- •§6.5. Полное исследование функции и построение графика
- •§6.4. Асимптоты графика функции
- •Глава 7. Неопределенный интеграл
- •§7.1. Определение и свойства неопределенного интеграла
- •Свойства неопределенного интеграла
- •§7.2. Табличное интегрирование
- •§7.3. Подведение множителя под знак дифференциала
- •§7.4. Замена переменной под знаком неопределенного интеграла
- •§7.5. Метод интегрирования по частям
- •§7.6. Интегрирование выражений, содержащих квадратный трехчлен в знаменателе
- •§7.7. Интегрирование тригонометрических функций
- •Глава 8. Определенный интеграл.
- •§8.1. Задача о площади криволинейной трапеции. Определение определенного интеграла
- •§8.2. Свойства определенного интеграла. Формула Ньютона-Лейбница
- •§8.3. Замена переменной и интегрирование по частям под знаком определенного интеграла
- •§8.4. Приложения определенных интегралов
- •Вычисление площадей плоских фигур
- •Вычисление длины дуги плоской кривой
- •Вычисление объема тела с известным поперечным сечением.
- •Вычисление объема тела вращения
- •§8.5. Несобственные интегралы
- •Глава 9. Функции нескольких переменных
- •§9.1. Область определения функции нескольких переменных. Непрерывность
- •§9.2. Линии уровня функции двух переменных
- •§9.3. Частные производные первого порядка
- •§9.4. Градиент функции нескольких переменных. Производная по направлению
- •§9.5. Дифференциал функции нескольких переменных и его применение к приближенным вычислениям
- •§9.6. Частные производные высших порядков
- •§9.7. Экстремум функции двух переменных
- •Глава 10. Дифференциальные уравнения
- •§10.1. Дифференциальные уравнения первого порядка
- •1. Дифференциальные уравнения с разделяющимися переменными
- •2. Однородные дифференциальные уравнения 1-го порядка
- •3. Линейные дифференциальные уравнения 1-го порядка
- •§10.2. Простейшие случаи понижения порядка дифференциального уравнения
- •1. Дифференциальные уравнения вида .
- •2. Дифференциальные уравнения вида .
- •3. Дифференциальные уравнения вида .
- •§10.3. Линейные дифференциальные уравненния второго порядка с постоянными коэффициентами
- •Литература
3. Линейные дифференциальные уравнения 1-го порядка
Дифференциальные уравнения вида
,
(10.5)
где
– функции, зависящие только от переменной
x, называются линейными
дифференциальными уравнениями первого
порядка.
Линейные дифференциальные уравнения обычно решают при помощи замены переменных:
,
(10.6)
причем при такой замене, обе неизвестные функции находятся как решения дифференциальных уравнений с разделяющимися переменными.
Пример 10.4. Решить задачу Коши:
![]()
Решение. 1) Найдем общее решение дифференциального уравнения. Данное уравнение первого порядка является линейным. Следовательно, произведем следующую замену переменной:
,
.
Тогда
или
.
Подберем теперь такую функцию v(x), чтобы v+2xv=0. То есть v(x) будем искать как решение дифференциального уравнения с разделяющимися переменными:
![]()
При С = 0
получим: ln| v | = – x2.
Следовательно,
.
При таком выборе функции v(x)
исходное дифференциальное уравнение
примет вид:
![]()
Следовательно,
Таким образом,
![]()
2) Для решения
задачи Коши воспользуемся начальным
условием y(0)=0.
Тогда
и, следовательно,
.
§10.2. Простейшие случаи понижения порядка дифференциального уравнения
1. Дифференциальные уравнения вида .
Уравнения вида
решаются при помощи n
– кратного интегрирования. Рассмотрим
пример.
Пример 10.5. Найти общее решение дифференциального уравнения
.
Решение. Четырежды проинтегрируем данное уравнение по переменной x:
,
,
,
,
где
,
.
Таким образом, общее решение исходного
уравнения четвертой степени
зависит от четырех произвольных
констант.
В
дальнейшем мы ограничимся рассмотрением
дифференциальных уравнений второго
порядка
.
Задача Коши для дифференциального
уравнения второго порядка имеет вид:
(10.7)
2. Дифференциальные уравнения вида .
Если в дифференциальном уравнении
второго порядка отсутствует переменная
y, то с помощью замены
переменной
,
данное уравнение сводится к
дифференциальному уравнению первого
порядка
.
Пример 10.6. Найти общее решение дифференциального уравнения:
.
Решение. Произведем замену переменной:
.
Тогда мы получим дифференциальное
уравнение первого порядка с разделяющимися
переменными:
.
Разделяя переменные, получим:
.
Очевидно, что константа
.
Мы получили общее решение
дифференциального уравнения
.
Для того, чтобы найти общее решение
исходного уравнения
мы должны вспомнить, что
.
Таким образом,
можно найти, решая дифференциальное
уравнение
:
.
Читателям, в качестве упражнения, предлагаем найти данный интеграл самостоятельно.
В полученном общем решении
исходного дифференциального уравнения
участвуют две произвольные константы
a и b.
3. Дифференциальные уравнения вида .
Если в дифференциальном уравнении
второго порядка отсутствует переменная
x, то с помощью замены
переменной
,
(или просто
)
данное уравнение сводится к
дифференциальному уравнению первого
порядка
.
Пример 10.7. Найти общее решение дифференциального уравнения:
.
Решение. Произведем замену переменной:
.
Мы получим дифференциальное уравнение
первого порядка относительно переменной
y:
.
После сокращения на p,
мы убеждаемся в том, что данное уравнение
является линейным. Как обычно, его
решение найдем, произведя замену
:
![]()
.
(10.8)
-
Функцию v найдем из условия
(как любое частное решение дифференциального
уравнения
с разделяющимися переменными):
.
Подставляя
в уравнение (10.8), получим:
.
Таким образом, общим решением
дифференциального уравнения (10.8)
является
.
Вспоминая о том, что
,
мы приходим к дифференциальному
уравнению первого порядка
,
из которого найдем
:
.
Интегрируя последнее равенство, мы
находим общий интеграл исходного
дифференциального уравнения:

и, следовательно,
.
