- •Числовые ряды. Основные сведения о рядах. 05.09.
- •Теорема Абеля.
- •Лекция № ?? 24.10.11
- •Линейные дифференциальные уравнения первого порядка.
- •Дифференциальные уравнения 2-го порядка
- •07.11.11. Уравнения второго порядка.
- •Продолжение. 14.11.11.
- •Линейные ур-ния с постоянными коэффициентами.
- •Линейные неоднородные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами.
Продолжение. 14.11.11.
Пример: 3. Общее решение ур-ние уу''-2у''=0. Решение: Полагая y'=z(y) и учитывая, что y''=z*dz/dy получаем zy*dz/dy-2z2=a. Это ур-ние 1-го порядка с разделяющимися переменными. Приводя его к виду dz/z=2dy/y и интегрируя, имеем ln│z│=zln│y│+ln│C1│, откуда z=C1y2. Учитывая, что z=dy/dx, находим dy/y'=C1dx, откуда получаем искомое решение -1/y=C1x+C2 или y=-1/(C1x+C2). При сокращении на z было потеряно решение ур-ния z=y''=0, т.е. y=C=const. В данном случае оно содержится в общем решении, т.к. получается из него при C1=0 (за исключением решения у=0). Решение ур-ний вида: у(n)=G(x). (везде заменяем G на f), а G в скобках - (G) Это ур-ние легко решается. Действительно, интегрируя последовательно n раз, получаем: y(n-1)=∫G(x)dx+C1, y(n-2)=∫[G(x)dx+C1]dx+C2=∫dx∫G(x)dx+C1x+C2 y=∫dx∫dx . . . ∫G(x)dx+C1*xn-1/(n-1)!+ C2*xn-2/2(n-2)! + . . . + Cn, (z) где С1, С2, . . ., Сn – произвольные постоянные. Функция (z) и является общим решением ур-ния (G). Пример 4: Найти общее решение ур-ия 3-го порядка у'''=Сх и выделить из него частное решение, удовлетворяющее следующим начальным условиям: у│=0, у'│=0, у''│ =1 х=0 х=0 х=0
Линейные ур-ния с постоянными коэффициентами.
Опр. Линейным
дифференциальным ур-ем 2-го порядка
наз-ся ур-ние вида у''+Р(х)у'+q(x)y=f(x),
где у – искомая ф-ция, Р(х), q(x)
и f(x) -
известные функции непрерывные на
некотором интервале (а,в).
Если f(x)=0,
то ур-ние наз-ся линейным однородным
ур-нием. В этом разделе мы рассмотрим
важный и распространенный случай, когда
в ур-нии вида ф-ции Р(х) и q(x)
– постоянные величины.
Ур-ния такого
вида наз-ся линейными ур-ниями с
постоянными коэффициентами .
Итак,
мы рассмотрим ур-ние вида y''+py'+qy=f(x),
где p и q –
вещественные числа. Далее мы будем иметь
дело только с ур-ями такого типа.
Линейное однородное
ур-ние.
у''+py'+qy=0,
где p и q –
вещественные числа. Линейные
дифференциальные ур-ния второго порядка
может иметь множество решений. Однако
среди них выделяют базисные решения,
по которым строится общее решение
ур-ния.
Таких решений для ур-ния
второго порядка два – каков и порядок
ур-ния.
Будем искать решение ур-ния
в виде у=еkx, где k
– некоторое число. Подставляя эту ф-цию
в ур-ние, получаем
k2ekx+pkekx+qekx+qekx+qekx=0.
Сокращая
оби части равенства на еkx,
получаем квадратное ур-ние относительно
k:
k2+pk+q=0.
Ур-ние
наз-ся характеристическим ур-нием для
дифференциального уравнения.
Вид
общего ур-ния существенно зависит от
того, какие корни имеет характеристическое
ур-ние. Обозначим эти корни через k1
и k2 .
Если корни
характеристического ур-ния вещественные
и k1 ≠k2
, то общее решение однородного
дифференциального ур-ния имеет вид
y=c1ek1x+C2ek2x.
Если
корни ур-ния вещественные и равные
(k1=k2=k),
то общее решение ур-ия имеет вид
y=C1ekx+C2xekx.
Если
корни характеристического ур-ния
комплексные (k1=a+bi
; k2=a-b
; где i=
- мнимая единица, а и в – вещественные
числа, то общее решение имеет
вид:
y=eax(C1cosbx+C2sinbx),
где а=-р/2, в=
q-p2/4.
Во всех трех случаях С1 и С2
– произвольные постоянные.
Пример:
(забил)
21.11.11.
у''-6у'+9=0. Решение: Составим характеристическое ур-ие: К2-6К+9=0 или (k-3)2=0. Оно имеет кратный корень к=3 ; Следовательно, общее решение данного однородного ур-ия имеет вид: у=е3х(С1+С2) Пример: у''-2у'+2у=0. Решение: Соответствующее характеристическое ур-ие: К2-2К+2=0. Имеет дискриминант, равный -1, и значит, комплексно-сопряженные корни К1=1+I, K2=1-j, где i=sqrt-1 – мнимая единица. Следовательно, общее решение данного ур-ия дается формулой: у=ех(С1sinx+C2cosx).
