- •Визначники
- •1. Визначники другого та третього порядків
- •2. Властивості визначників
- •3. Розклад визначника за елементами рядка або стовпця
- •4. Поняття про визначники вищих порядків
- •Матриці
- •Системи лінійних рівнянь
- •Функція багатьох змінних, її границя та неперервність
- •Лекція №2. Частинні похідні функції багатьох змінних. Диференційовність функції багатьох змінних.
- •Диференціал функції багатьох змінних
- •Локальні екстремуми функції багатьох змінних
- •Умовний екстремум функції багатьох змінних
- •Диференціальне числення функції багатьох змінних
- •Визначений інтеграл
- •Диференціальні рівняння першого порядку
Диференціальні рівняння першого порядку
Основні поняття про диференціальні рівняння першого порядку
Диференціальні рівняння першого порядку з відокремлюваними змінними
Однорідні диференціальні рівняння першого порядку
Лінійні диференціальні рівняння першого порядку
1. Основні поняття про диференціальні рівняння. Задача Коші
Диференціальним рівнянням першого порядку називається рівняння виду
,
яке зв’язує
незалежну змінну
,
невідому функцію
та її похідну
.
Рівняння може не містити явно або , але обов’язково має містити похідну .
Диференціальне рівняння , нерозв’язане відносно похідної називається неявним.
Якщо рівняння можна розв’язати відносно , то його записують у вигляді
і називають рівнянням першого порядку, розв’язаним відносно похідної.
Рівняння можна записати
,
де
– відомі функції. Змінні
в рівняння
рівноправні.
Знаходження невідомої функції, що входить у диференціальне рівняння називається розв’язанням або інтегруванням цього рівняння.
Розв’язком
диференціального рівняння
на
деякому інтервалі
називається
диференційована на цьому інтервалі
функція
,
яка при підстановці в рівняння
обертає його в тотожність по
на
,
тобто
Графік розв’язку диференціального рівняння називається інтегральною кривою цього рівняння.
Теорема Коші (про існування і єдиність розв’язку)
Нехай функція
і її частинна похідна
визначені
і неперервні у відкритій області
площини
і точка
.
Тоді існує єдиний розв’язок
рівняння
,
який задовольняє умову
при
,
тобто
.
Задача знаходження
розв’язку рівняння
,
який задовольняє початкову умову
або
називається задачею
Коші.
Функція
,
яка залежить від аргументу
і довільної сталої
називається загальним
розв’язком
рівняння
в області
,
якщо вона задовольняє умови:
функція
є розв’язком рівняння при будь-якому
значенні
з деякої множини;для довільної точки можна знайти таке значення
,
що функція
задовольняє початкову умову
.
Частинним розв’язок рівняння називається функція , яка утворюється із загального розв’язку при певному значенні сталої .
Якщо загальний
розв’язок диференціального рівняння
знайдено у неявному вигляді, тобто
,
то його називають загальним
інтегралом
диференціального рівняння.
Рівність
називається частинним
інтегралом
диференціального рівняння.
2. Диференціальні рівняння першого порядку з відокремлюваними змінними
Рівняння виду
,
де
- задані і неперервні на деякому інтервалі
функції, називається диференціальним
рівнянням з відокремлюваними змінними.
Диференціальне
рівняння виду
,
в якому множник при
є
функцією яка залежить лише від
,
а множник при
є
функцією, яка залежить лише від
,
називається диференціальне рівняння
з відокремленими змінними.
Приклад 1.
Розв’язати
рівняння
Розглянемо рівняння
,
де
- задані числа.
Введемо заміну:
.
Підставимо у рівняння :
Інтегруючи це
рівняння і замінюючи
на
,
дістанемо загальний інтеграл рівняння
.
Приклад 2.
Розв’язати
рівняння
3. Однорідні диференціальні рівняння першого порядку
Функція
називається однорідною функцією n-го
виміру відносно змінних
та
,
якщо для довільного числа
виконується тотожність
1)
– однорідна функція другого виміру,
.
2)
– однорідна функція нульового виміру,
.
Диференціальне рівняння називається однорідним, якщо функція є однорідною функцією нульового виміру.
Однорідні рівняння
зводяться до рівнянь з відокремлюваними
змінними підстановкою
,
де
– невідома функція.
Розв’язавши
рівняння
,
знайдемо
,
а потім функцію
.
Приклад 3.
Розв’язати
рівняння
Розглянемо рівняння, які можна звести до однорідних
Можливі такі випадки:
якщо
,
то підстановкою
рівняння
зводиться до рівняння з відокремлюваними
змінними;якщо
,
то заміна
,
і
,
отримаємо однорідне рівняння.
Приклад 4.
Розв’язати рівняння
4. Лінійні диференціальні рівняння першого порядку
Лінійним
диференціальним рівнянням першого
порядку
називається рівняння виду
,
де
– задані і неперервні на деякому проміжку
функції.
Метод Бернуллі
Розв’язок рівняння
шукають у вигляді добутку
,
де
– невідомі функції.
Підставимо похідну у рівняння :
Візьмемо функцію
з умови
Візьмемо функцію
з умови
Знайдемо функцію
Приклад 5.
Розв’язати
рівняння
.
