- •Комплексные числа. Геометрическая интерпретация комплексных чисел.
- •13. Обыкновенные дифференциальные уравнения первого порядка. Задача Коши. Теорема Коши. Общее и частное решения.
- •Дифференциальные уравнения первого порядка: с разделенными переменными, с разделяющимися переменными, однородные, линейные, уравнения Бернулли.
- •Дифференциальные уравнения высших порядков. Задача Коши. Теорема Коши.
- •Дифференциальные уравнения высших порядков, допускающие понижение порядка.
- •Линейная зависимость и линейная независимость системы функций. Определитель Вронского. Необходимое условие линейной зависимости системы функций.
- •Линейный дифференциальный оператор. Свойства решений однородных линейных дифференциальных уравнений п - го порядка.
- •Необходимое и достаточное условие линейной независимости частных решений однородных линейных дифференциальных уравнений п - го порядка.
- •Структура общего решения однородных и неоднородных линейных дифференциальных уравнений n - го порядка.
- •Метод вариации произвольных постоянных.
- •Решения однородных линейных дифференциальных уравнения п - го порядка с постоянными коэффициентами в зависимости от корней характеристического уравнения.
- •Метод подбора частного решения неоднородных линейных дифференциальных уравнений п - го порядка. Метод суперпозиции решений.
- •Двойные интегралы и их свойства. Теорема о среднем. Вычисление двойных интегралов в декартовой системе координат.
- •Полярная система координат. Переход в двойных интегралах от декартовой системы координат к полярной системе координат. Вычисление двойных интегралов в полярной системе координат.
- •Приложения двойных интегралов.
- •Тройные интегралы и их свойства. Теорема о среднем. Вычисление тройных интегралов в декартовых координатах.
- •Криволинейные координаты в пространстве. Переход в тройных интегралах от декартовой системы координат к криволинейной системе координат.
- •Цилиндрическая система координат. Вычисление тройных интегралов в цилиндрической системе координат.
- •Сферическая система координат. Вычисление тройных интегралов в сферической системе координат.
- •Приложения тройных интегралов.
- •Криволинейные интегралы первого и второго рода. Формула Грина.
- •Поверхностные интегралы первого и второго рода. Формула Остроградского - Гаусса.
- •Векторные функции скалярного аргумента.
- •Скалярное поле. Поверхности уровня, линии уровня.
- •Производная по направлению. Градиент скалярного поля.
- •Векторное поле. Векторные линии.
- •Поток векторного поля. Дивергенция векторного поля. Векторная запись формулы Остроградского - Гаусса.
- •Линейный интеграл. Циркуляция векторного поля.
Необходимое и достаточное условие линейной независимости частных решений однородных линейных дифференциальных уравнений п - го порядка.
Рассм ОЛДУ L[y]=0
Теорема:
Для того чтобы сист частн решений ОЛДУ
n-го
порядка была линейно независима:
y1,y2,…yn
на (a,b)
необх и достаточно, чтобы определитель
Вронского был отличен от нуля в любой
точке (a,b).
Док-во:
Необх:
Сист частн реш-й независима. От противного.
Пусть
хотя бы 1 т в к-й определитель Вронского=0.
x0
(a,b),
W[y1,…,yn]=
=0,
Рассм сист ур-й вида:
(*),
где неизвестны произв постоянные c1,…,Cn
. Мы
предположили, что ∆=W[y1(x0),…,yn(x0)]=0.
Тогда есть нетривиальное решение
(ненулевые). С10,…,Cn0.
y=С10y1+…+Cn0yn
– решение ОЛДУ n-го
порядка, но известно, что однор сист
имеет нулевое решение всегда. По Т Коши:
существ единств реш. Согласно сист (*)
y(x0)=0,
y’(x0)=0,…,y(n-1)(x0)=0
– задача Коши поставлена, условия
выполняются →единственное решение.
Они совпадают С10y1+…+Cn0yn=0,
х
(a,b),
С10
– ненулевые. По опред вывод – система
зависима, а по усл – независима.
Противоречие. Предположение неверно.
Дост-ть:
∆=W≠0.
Сист лин завис? Предположим,что сист
ф-й лин завис на (a,b),
тогда ∆W=0.
На люб интервале (a,b)
– противоречие. Ошибка в предпол→лин
независ сист. Ч.т.д. Зам-е: Если y1,y2,…,yn
– решения ОЛДУ на (a,b)
и хотя бы в 1й т. инт (a,b)
∆=W≠0,
то он будет отличен от нуля в любой т
(a,b).
Структура общего решения однородных и неоднородных линейных дифференциальных уравнений n - го порядка.
Фундаментальная система решений ОЛДУ n-го порядка
Рассм y(n)+k1(x)y(n-1)+…+kn-1(x)y’+kn(x)y=0 (2) или l[y]=0 (2’).
☼ Любая лин независ сист частн решений ОЛДУ n-го порядка наз-ся фундаментальной системой решений (ФСР)этого ур-я.
Т о структуре
общ решения ОЛДУ.
Если y1,y2,…yn
- ФСР ОЛДУ. С1,
С2,…,Сn
– произв
пост, то обще решение ур-я имеет вид:
УОО=С1у1+С2у2+…+Сnуn
Д-во:
по опред общ решения докажем – 1) для
любых фиксир знач С - С1=С10,
Сn=Cn0
является решением ур-я. у=С10у1+С20у2+…+Сn0уn.
Подставим в ур-е в силу линейности
оператора. L[С10у1+С20у2+…+Сnуn]=
С10L[у1]+С2L[у2]+…+СnL[уn].
y1,…yn
– решения L[yi]=0.
Следовательно ф-я – решение. 2) Для
люб возм нач усл x0,
y0,y0’,…y0(n-1)
можно найти такие C1=C1,
C2=C2,…,
Cn=Cn,
что у= С1у1+С2у2+…+Сnуn
является решением соотв задачи Коши с
нач усл у(х0)=у0,
у’(x0)=y0’,…,y(n-1)(x0)=y0(n-1).
Рассм сист лин ур-й
,
главн определитель ∆=W[y1(х0),…,yn(х0)]≠0,
x
(a,b),
у1….yn
–ФСР лин незав → ∆W≠0,
x
(a,b),
C1,C2,Cn
–единств решение. у= С1у1+С2у2+…+Сnуn
-решение задачи Коши. Ч.т.д.
Структура общ решения НЛДУ n-го порядка
Т о структуре
общ решения НЛДУ n-го
порядка.
Общ решение состоит из суммы общего
решения соответствующего однородного
и какого либо частн решения неоднор
ур-я. уОН=уОО+уЧН.
Док-во:
По опред общ решения 1) Для люб фиксир
произв пост уЧН=
φ(x).
уОН=
С10y1+…+Cn0yn
+ φ(x),
L[y]=f(x)
(1’)
L[С10y1+…+Cn0yn+
φ(x)]=
С10L[y1]+…+Cn0L[yn]+L[φ(x)]=f(x)
→ ф-я такого вида – решение (1)
или
(1’). 2)
Возьмем возможные начальные усл x0,
y0,y0’,…y0(n-1)
можно найти такие C1=C1,
C2=C2,…,
Cn=Cn,
что у= С1у1+С2у2+…+Сnуn
является решением соотв задачи Коши с
нач усл у(х0)=у0,
у’(x0)=y0’,…,y(n-1)(x0)=y0(n-1).
Рассм сист лин ур-й
,
главн определитель ∆=W[y1(х0),…,yn(х0)]≠0,
x
(a,b),
у1….yn
– ФСР лин незав → ∆W≠0,
x
(a,b),
C1,C2,Cn
–единств решение. Тогда у= С1у1+С2у2+…+Сnуn
-решение соотв задачи Коши с начальн
условиями. Ч.т.д.
