Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

обыкновенные диф ур-я высших порядков

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
410.07 Кб
Скачать

L " & @( 9;A / !

@( 9,A

λ3 4λ2 + +5λ − 2 = 0.

D !" & 4 ' / & ! ! &1 / "

!" & &1 / " !&/ / @( 9;A

x = et

 

 

 

 

 

 

yt 4yt + 5yt 2y = e3t.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>& e3t & / ! 3

 

 

 

 

!

 

 

' /

&

 

4 &

/

0

 

y1 = Ae3t B !

 

 

y1 & ' A = 1/4

 

 

 

 

 

 

! !" 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

2t

1

 

 

 

3t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

3

 

 

y = (C1 + C2t)e + C3e

 

+

 

e

 

= (C1 + C2 ln x)x + C3x

 

+

 

x

 

(x > 0).

 

4

 

 

4

 

B x < 0 !&/

 

! / &! ln |x| ln x

 

& 2 &4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 x2y − xy

3y = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2y + xy

+ 4y = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

$ x2y − xy + y = 8x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ x2y − 2y = sin ln x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, (2x + 3)3y

+ 3(2x + 3)y − 6y = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 '4 6 y = C1x3 +

C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C1 cos(2 ln x) + C2 sin(2 ln x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

$ y = x(C1 + C2 ln |x|) + 2x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ y = C

x2 + C x1 + 0, 1 cos ln x

0, 3 sin ln x

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

3/2

 

3

 

1/2

 

 

 

 

 

 

 

, y = C1

 

 

3

 

 

 

 

x

 

+ C3 x +

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 2 + C2

+ 2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

!

- % ' .

#! &

a0(x)y(n) + a1(x)y(n−1) + . . . + an−1(x)y + an(x)y = 0 @9 8A

&0 & 0 ' & !"

D ! !" / ' & & "

E ! / y1(x) &

@9 8A

" '

! " & #!

4 &

" y = y1z ! " & z = u

 

6 !&/ &

 

 

a0(x)y + a1(x)y + a2(x)y = 0

@9 (A

!" " &! $ ? & !!

 

 

 

y1

y2

 

 

 

 

 

a0(x) dx ,

 

@9 9A

 

 

 

= Cexp −

 

 

 

y1

y2

 

 

 

 

 

a1(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y1 y2 !1

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#! &

n @9 8A &! $ ? & !!

 

 

y1

. . . yn

 

 

= Cexp

 

 

a1(x) dx

,

@9 :A

 

 

 

 

 

 

 

y1

. . . yn

 

 

 

 

 

 

 

 

(n 1)

. . . y

(n

1)

a0(x)

 

 

y

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y1(x), y2(x), . . . , yn(x)

 

@9 +A

" & !"

 

E ! & !" @9 +A &

@9 8A

0 &

 

a0(x)y(n) + a1(x)y(n−1) + . . . + an−1(x)y + an(x)y = f (x)

@9 .A

" !&/ ' $0

& '

y = C1(x)y1 + C2(x)y2 + . . . + Cn(x)yn.

>& Ci(x) ! 1

 

 

 

 

 

C1y1 + C2y2 + . . . + Cnyn = 0,

 

 

 

C1y1 + C2y2 + . . . + Cnyn = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C y(n−2) + C y(n−2) + . . . + C yn(n−2)

 

(n

1)

 

(n

1)

 

 

(n

1)

 

 

 

 

+ . . .

+ Cn

 

 

C1y1

 

+ C2y2

 

yn

 

 

1 1

 

 

2 2

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 = 0 &

= 0,

= f (x) . a0(x)

x(x + 1)y + (x + 2)y − y = 0,

@9 ;A

! / y1 = x + 2

B &! $ ? & !! @9 9A

 

y1

y2

 

= C1exp −

x(x + 1) dx ;

y1y2−y1y2 = C1exp − x x + 1

dx .

 

y1

y2

 

 

x + 2

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

! / & y12 !&/ ! &1

y2/y1

 

 

2

=

2

1

=

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

=

 

 

·

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y1

 

 

y

 

 

 

 

y

 

 

 

 

y1

 

 

 

y

 

 

x

 

 

 

 

 

y1y

 

y y2

 

 

 

 

x+2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

C1exp

 

 

x(x+1) dx

 

y

 

 

C1

 

x + 1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

C y1 = x + 2

 

41

 

x2

(x + 2)2 dx + C2 =

 

y1

= C1

x2(x + 2)2 dx + C2 =

 

y2

 

 

 

x + 1

 

 

C

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 4 x

+ (x + 2) + C2.

 

 

C1

1

 

1

 

 

 

$0 & @9 ;A

 

 

 

y2(x) =

 

C1

 

 

 

 

 

+ C2

(x + 2).

 

 

2x

 

( = 0 &

 

 

 

x2(2x − 1)y + (4x − 3)xy

2xy + 2y = 0,

@9 ,A

! /

y1 = 1/x y2 = x

 

# ! & y = y2z = xz u = z 6 &!"

& @9 ,A

x2(2x − 1)u + (10x2 6x)u + (6x − 6)z = 0.

L y1 ! u1 = x23

B &! $ ? & !! @9 9A

 

u1

u

 

= Cexp −

x2

(2x

 

1) dx .

 

u1

u

 

 

10x2

6x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 ! &1 u & ! 4

u1

 

 

 

 

 

u1

 

 

 

 

 

u12

·

 

x6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

=

 

C

 

 

 

(2x

1) .

 

 

B u1

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u =

C1

 

 

 

1)2

 

 

 

C2

 

 

 

 

 

 

 

 

(2x

+

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

x3

 

 

6 0

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

C

 

 

(2x − 1)2

dx + C

 

 

 

 

dx

+ C

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

2

x3

3

 

 

= C1

ln |x| + x

 

8x2 + x2 + C3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

C2

 

 

6 0

& y

!&/ 0 &

@9 ,A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C1(x ln |x| + 1) +

+ xC3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

#! &

 

@9 .A !" " !

&10 /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 B& " & u1 u2

! 1

/

 

 

& @9 .A ' " y = u1 − u2

"

 

 

&10 &

@9 8A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 = 0 &

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2 1)y + 4xy + 2y = 6x,

 

 

@9 *A

 

 

! /

u1 = x u2 =

x2 + x + 1

 

 

 

 

 

 

 

x + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 &10 &

 

 

 

 

(x2 1)y + 4xy + 2y = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@9 8)A

 

 

/

/ @8A ' / & @9 8)A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y1 = u2 u1 = x + 1 .

 

 

 

 

 

 

 

D !" &

&!& $ ? & !!

@9 9A 0

 

 

& @9 8)A

1

 

 

y1

 

 

=

(x − 1)2

y = x + 1

+ x −2

1 .

y1

 

= C1(x+1)2exp − x2

 

 

y

 

 

 

4xdx

 

 

 

y

 

 

 

 

C1

 

C1

 

C

 

 

#! ' 0 & @9 *A

!" & ' 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

C1(x)

+

C2(x) .

 

 

@9 88A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 1

x − 1

 

 

 

 

 

>& C1(x) C2(x) !

 

 

 

 

 

 

 

x

C1

(x)

 

C2(x)

6x

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

3

2

 

C

(x)

+

C (x)

= 0,

 

 

 

 

 

C = 3x(x + 1),

 

C1(x) = x3 +

3

x2 + C1,

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

(x+1)2

 

(x−1)2 = x21 .

 

C2 = 3x(x − 1).

C2(x) = −x

+ 2 x

+ C2.

 

+1

 

 

x

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B C1(x) C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&!& @9 88A !&/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

 

C2

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

 

+

 

+ x2 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 1

x − 1

 

 

 

 

 

& 2 &4

xy + 2y − xy = 0, y1 = ex/x

5 y − 2(1 + tg2 x)y = 0, y1 = tg x

+ C3(x ln |x| + 1)

xy − y − xy + y = 0, y1 = x, y2 = ex

0 x2(2x − 1)y + (4x − 3)xy − 2xy + 2y = 0, y1 = x, y2 = 1/x

(3x3 + x)y + 2y − 6xy = 4 12x2, y1 = 2x, y2 = (x + 1)2

7 '4

xy = C1e−x + C2ex

5 y = C1 tg x + C2(1 + x) tg x

y = C1x + C2ex + C3e−x 0 y = C1x + C2x1

y = C1(x2 + 1) + C2x1 + 2x

) " # / "# 0

6 ' !&/ ' / & &

9 = / &

(2x + 1)y + (4x − 2)y − 8y = 0, @9 8(A

! 10 ! / /! @ ! &0 & A

$! " /! B& "

y = xn + a1xn−1 + . . . + an−1x + anx + an.

B y & !&/

(2x + 1)[n(n − 1)xn−2 + . . .] + (4x − 2)[nxn−1 + . . .] 8[xn + . . .] = 0.

B &!1 4 xn &

"

4n − 8 = 0,

& n = 2 C /! " ! "

" y = x2 + ax + b B ! & @9 8(A

4ax + 2 2a − 8b = 0.

! !" a = 0 2 2a − 8b = 0 $1 b = 1/4 L

y = x2 + 14 .

: = / &

xy − (2x + 1)y + (x + 1)y = 0.

@9 89A

B ! / / /!

!" x

y = xn + a1xn−1 + . . . + an−1x + anx + an.

B y & !&/

x[n(n − 1)xn−2 + . . .] (2x + 1)[nxn−1 + . . .] + (x + 1)[xn + . . .] = 0.

B &!1 4 xn+1

1 = 0.

C !&/ ! / / /!

&0 & -& "

y = ekx.

B &

x(k − 1)2 (k − 1) = 0 k = 1.

L

y = ex.

& 2 &4

56 xy − (x + 1)y − 2(x − 1)y = 0 5 (x2 1)y + (x − 3)y − y = 0

5$ x(x2 + 6)y − 4(x2 + 3y + 6xy = 0

5+ x2 ln xy − xy + y = 0

7 '4

56 y = C1e2x + C2(3x + 1)e−x

5 y = C1(x − 3) + xC+2 1 5$ y = C1(x2 + 2) + C2x3

5+ y = C1x + C2(ln x + 1)

# $ %

%

, # 0 "# "#

"#

! !" &

y + p(x)y + q(x)y = 0

@: 8A

/ !" & !

 

y = y0, y = y0 x = x0,

@: (A

y0 y0 !" 0 / !

* 8 B& " & p(x) q(x) ! /

x0 " ! 1

 

 

 

 

p(x) =

pk(x − x0)k; q(x) = qk(x − x0)k,

@: 9A

k=0

k=0

 

' 0 ! |x − x0| < r C / !

&

@: 8A / !" & ! @: (A y = y(x)

!

 

 

y(x) = y0 + y0

 

 

(x0)(x − x0) + Ck(x − x0)k,

@: :A

 

k=2

 

' 0 ! / @: 9A

E ! / ! y0 y0 4 Ck @: :A ! 1

/ @: :A & @: 8A

&!1 4 ! / ' ' x − x0 ! / !&/ + #% ,-.

6 ! ' / 0 / 1 !&/ p(x) q(x) ! ! ! ! 6 !&/ @: :A '

' / ' x 6 !&/ & '

/ x0 ! !1 & p(z) q(z)

' ! ! z

#! 0 & @: 8A /

! ' / ' y1 y2 $/ & !" &1 & y1 y2 &1 / x = x0 / y1 = 1 y1 = 0 x = x0 K y2 = 0 y2 = 1 x = x0

E ! @: :A ! 10 & @: 8A &

& " " & & / 4! &

/ &! @9 9A

< ' ! ! ' &

!" n

y(n) + a1(x)y(n−1) + . . . + an−1(x)y + an(x)y = f (x)

! 4 a1(x), a2(x), . . . , an(x) / "1 f (x) B 4 & ! 10 / !" & !

 

 

 

 

 

 

y = y0

, y = y

, . . . , y(n−1)

= y(n−1)

 

 

x = x0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(n−1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

y

 

y

x

x

 

 

 

 

x

x

2

 

. . .

 

 

 

x

x

 

(n−1)

 

C

x

x

 

k,

 

=

 

o +

0(

 

 

0) +

2!

(

 

 

 

0)

+

 

+

(n 1)!

(

 

 

0)

 

+

k(

 

 

0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=n

 

 

 

 

 

 

|x − x0| < r

8 = ' /

 

y + y = 0,

@: +A

 

y(0) = 1; y (0) = 0.

 

 

 

 

! &! @: :A /

"

y(x) = 1 + Ckxk.

@: .A

k=2

 

4 Ck ' ! ' 4 B

@: .A & @: +A 4

' ' x !&/ ! &10&1 &

x0

2C2 + 1 = 0,

x C3 = 0,

x2

4 · 3 · C4 + C2 = 0,

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xk

k(k − 1)Ck + Ck−2 = 0,

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

B ! !" / !

4 /

C2k =

(1)k

, C2k+1 = 0, k = 0, 1, 2, . . .

(2k)!

 

 

C / !

 

y(x) = (1)kx2k .

 

 

 

(2k)!

k=0

' 0 & y = cos x

! ! /

( = ' !

&

 

y − xy = 0.

@: ;A

= y1(x) y2(x) & ! 10 / !" & !

y1(0) = 1, y1(0) = 0; y2(0) = 0, y2(0) = 1.

$ & & ! B &! @: :A

y1(x) = 1 +

akxk,

@: ,A

 

k=2