- •1. Введение
- •2. Постановка задачи
- •Задание
- •3. Нахождение собственных чисел и построение фср
- •4. Построение фундаментальной матрицы решений методом Эйлера
- •5. Нахождение приближённого решения в виде матричного ряда
- •6. Построение общего решения матричным методом
- •Сделаем проверку, подставив общее решение в исходную систему
- •Исследование зависимости жордановой формы матрицы а от свойств матрицы системы
- •8. Решение неоднородной системы Правая часть:
- •- Частное решение неоднородной системы
- •Заключение
- •При подстановке решения в исходную систему получается верное равенство, из этого следует, что решение найдено верно:
- •7. Задача Коши для матричного метода
4. Построение фундаментальной матрицы решений методом Эйлера
Метод Эйлера заключается в следующем.
Решение системы (1) находится в виде:
(5)
Функция (5) является
решением системы (1), если
– собственное значение матрицы А, а а
– собственный вектор этой матрицы,
соответствующей числу
.
Если собственные значения
1,
2,
… ,
n
матрицы А попарно различны и a1,
a2,
…, an
соответствующие
собственные векторы этой матрицы, то
общее решение системы уравнений (1)
определяется формулой :
![]()
где С1, С2, … , Сn – произвольные числа.
Для случая кратных корней решение системы принимает вид
(6)
где Pi(x)-полиномы степени не выше, чем (к-1), имеющих в совокупности к произвольных коэффициентов. Так что среди коэффициентов этих полиномов к коэффициентов являются произвольными, а оставшиеся к·n-k выражаются через них. Для отыскания коэффициентов полиномов подставим решение (6) в исходную систему уравнений, приравняем коэффициенты при одинаковых функциях. Решим систему по отношению к (k·n-k) коэффициентов. Получим выражение всех коэффициентов через свободные.
Если для кратного
собственного значения
матрицы А имеется столько линейно
независимых собственных векторов
,
какова его кратность, то ему соответствует
k
независимых решений исходной системы:
![]()
Если для собственного
значения
кратности k
имеется только m
(m<k)
линейно независимых собственных
векторов, то решения, соответствующие
,
можно искать в виде произведения
векторного многочлена степени k
- m
на
,
т.е. в виде:
![]()
Чтобы найти векторы
,
надо подставить выражение (4) в систему
(3). Приравняв коэффициенты подобных
членов в левой и правой частях системы,
получим уравнение для нахождения
векторов
.
Для данного задания были найдены следующие собственные значения:
.
Построили фундаментальную систему решений:

Найдем
1 строку фундаментальной матрицы решений
для характеристического числа
.
Запишем третью строку решений в общем
виде:

Где аij найдем по выражению:
или

Полученная матрица:

Решаем систему:

Полученные корни:
![]()
Доопределим
![]()
Тогда первая строка будет иметь вид:

Аналогично найдем вторую строку фундаментальной матрицы решений для первого характеристического числа -1. Полученные значения:

Тогда вторая строка будет иметь вид:

Найдем третью и
четвертую строки фундаментальной
матрицы решений для первого
характеристического числа
.
Сопряженный корень
не порождает новых вещественных линейно
независимых частных решений.
Полученные значения:
Отделяя в нем вещественные и мнимые части, получим два вещественных решения, которые и составляют первую и вторую строки фундаментальной матрицы решений

Аналогично остальные 3:

Запишем найденную фундаментальную матрицу решений:

Умножим
транспонированную фундаментальную
матрицу решений на вектор свободных
коэффициентов
и
получим вектор общего решения исходной
системы:

Сделаем проверку найденного решения следующим образом:
![]()
Получаем нулевую матрицу-столбец:
что
показывает, что общее решение найдено
верно.
