
- •1.Основные понятия дифференциальных уравнений: виды, решения, интегралы уравнений. Постановка задачи Коши.
- •2.Уравнения с разделяющимися переменными
- •3. Однородные и приводящиеся к ним уравнения.
- •4. Линейные и приводящиеся к ним уравнения.
- •6.Теорема существования и единственности решения задачи Коши: .
- •Для любой точки найдется решение уравнения (1), которое удовлетворяет условию (2)
- •Если два решения уравнения (1) совпадают хотя бы в одной точке , то решение и будут тождественно равны для всех значений переменной , для которых они определены.
- •7)Теорема существования и единственности решения для уравнения .
- •9.Уравнения Лагранжа и Клеро.
- •11.Дифференциальные уравнения го порядка. Понятие решения. Понятие общего решения и общего интеграла.
- •13)Уравнения высших порядков, допускающих понижение порядка.
- •14)Общие свойства решений линейного дифференциального уравнения. Теорема существования и единственности решения задачи Коши.
- •15)Линейные однородные дифференциальные уравнения. Свойства решений. Линейная зависимость и независимость решений. Определитель Вронского. Критерий независимости решений.
- •16)Фундаментальная система решений. Структура общего решения линейного однородного уравнения.
- •17)Формула Остроградского – Лиувилля.
- •18)Линейное неоднородное уравнение. Структура общего решения. Метод вариации постоянных.
- •19)Линейное однородное уравнение с постоянными коэффициентами. Построение фундаментальной системы решений.
- •20)Интегрирование линейного неоднородного уравнения с постоянными коэффициентами, когда неоднородность квазимногочлен.
- •21)Линейная краевая задача. Функция Грина.
- •22)Приведение линейных дифференциальных уравнений к простейшему виду.
- •24.Понятие нормальной системы. Теорема существования и единственности решения задачи Коши для нормальной системы. Схема доказательства.
- •33.Структура общего решения линейной неоднородной системы. Метод вариации постоянных.
- •§ 6. Метод вариации произвольных постоянных.
- •43) Интегрирование линейного однородного уравнения в частных производных первого порядка.
- •44) Решение задачи Коши для линейного однородного уравнения в частных производных.
13)Уравнения высших порядков, допускающих понижение порядка.
–общая
запись ДУ n-ого
порядка.
14)Общие свойства решений линейного дифференциального уравнения. Теорема существования и единственности решения задачи Коши.
Рассмотрим линейное дифференциальное уравнение n –го порядка
y(n) + an-1(x)y(n - 1) + ... + a1(x)y' + a0(x)y = f(x).
с непрерывными коэффициентами an-1(x), an-2(x), ..., a1(x), a0(x) и непрерывной правой частью f(x).
Свойства решений линейных дифференциальных уравнений.
1. Если y1(x) и y2(x)— два решения линейного однородного дифференциального уравнения
y(n) + an-1(x)y(n - 1) + ... + a1(x)y' + a0(x)y = 0
то любая их линейная комбинация y(x) = C1y1(x) + C2y2(x) является решением этого однородного уравнения.
2. Если y1(x) и y2(x) — два решения линейного неоднородного уравнения L(y) = f(x) , то их разность y(x) = y1(x) − y2 (x) является решением однородного уравнения L(y) = 0 .
3. Любое решение неоднородного линейного уравнения L(y) = f(x) есть сумма любого фиксированного (частного) решения неоднородного уравнения и некоторого решения однородного уравнения.
4. Если y1(x) и y2(x) — решения линейных неоднородных уравнений L(y) = f1(x) и L(y) = f2(x) соответственно, то их сумма y(x) = y1(x) +y2(x) является решением неоднородного уравнения L(y) = f1(x) + f2(x).
Теорема существования и единственности решения задачи Коши.
Пусть функция f(x, y) и ее частная производная fy(x, y) непрерывны в некоторой области D плоскости x0y и точка (x0, y0) принадлежит областиD.
Тогда :
— в некоторой окрестности (x0 − δ, x0 + δ) точки x0 существует решение задачи Коши
— если y = φ1(x) и y = φ2(x) два решения задачи Коши, то φ1(x) = φ2(x) на (x0 − δ, x0 + δ) .
Геометрически это означает, что если условия теоремы выполнены, то через каждую точку (x0, y0) области D проходит единственнаяинтегральная кривая уравнения.
Бесконечное множество решений уравнения
можно рассматривать как однопараметрическое семейство функций y = φ(x; x0) — семейство решений задачи Коши
элементы которого различны для разных значений x0 . Иными словами область D "расслаивается" на интегральные кривые y = φ(x; x0) .
Важно понимать, что результат теоремы имеет локальный характер — существование и единственность решения гарантированы, вообще говоря, только в малой окрестности точки x0 . Важно также понимать, что условия теоремы существования и единственности достаточные условия. Нарушение условий теоремы не означает, что решение задачи не существует либо что оно не единственно.
15)Линейные однородные дифференциальные уравнения. Свойства решений. Линейная зависимость и независимость решений. Определитель Вронского. Критерий независимости решений.
Рассмотрим на [a; b] линейное однородное дифференциальное уравнение
y(n) + an-1(x)y(n - 1) + ... + a1(x)y' + a0(x)y = 0.
Общим решением этого уравнения на отрезке [a;b] называется функция y = Φ(x, C1,..., Cn ), зависящая от n произвольных постоянных C1,..., Cn и удовлетворяющая следующим условиям :
− при любых допустимых значениях постоянных C1,..., Cn функция y = Φ(x, C1,..., Cn ) является решением уравнения на [a; b] ;
− какова бы ни была начальная точка (x0, y0, y1,0 ,..., yn − 1,0 ) , x0∈ [a;b] , существуют такие значения C1 =C10 , ..., Cn = Cn0 , что функция y = Φ(x,C10 , ..., Cn0) удовлетворяет начальным условиям y(x0) = y0, y '(x0) = y1,0 ,..., y(n − 1) (x0) = yn− 1,0 .
Справедливо следующее утверждение ( теорема о структуре общего решения линейного однородного уравнения).
Если все коэффициенты уравнения линейного однородного дифференциального уравнениния непрерывны на отрезке [a;b] , а функции y1(x),y2(x),..., yn(x) образуют фундаментальную систему решений этого уравнения, то общее решение уравнения имеет вид
y(x,C1,..., Cn) = C1 y1(x) + C2 y2(x) + ... + Cn yn(x),
где C1,...,Cn — произвольные постоянные.
Определитель Вронского
Определителем Вронского W(x; y1(x), y2(x), ..., yn(x)) называется определитель, первая строка которого образована функциями y1(x), y2(x), ..., yn(x) из Cn-1[a, b] , а последующие строки образованы производными от функций предыдущей строки:
Рассмотрим линейное однородное дифференциальное уравнение
y(n) + an-1(x)y(n - 1) + ... + a1(x)y' + a0(x)y = 0.
Справедливо следующее необходимое и достаточное условие линейной независимости решений этого уравнения.
Решения y1(x), y2(x), ..., yn(x) линейного однородного дифференциального уравнения линейно независимы на отрезке [a; b] тогда и только тогда, когда определитель Вронского этих функций W(x ; y1(x), y2(x), ..., yn(x)) не обращается в нуль ни в одной точке отрезка [a; b] .
Для определителя Вронского W(x ; y1(x), y2(x), ..., yn(x)) решений y1(x), y2(x), ..., yn(x) линейного однородного дифференциального уравнения с непрерывными на [a; b] коэффициентами, справедлива формула Остроградского–Лиувилля:
Из формулы Остроградского-Лиувилля, в частности, следует:
− если W(x0 ; y1(x), y2(x), ..., yn(x)) = 0, x0∈[a, b], то W(x; y1(x), y2(x), ..., yn(x)) ≡ 0 на [a, b];
− если же W(x0 ; y1(x), y2(x), ..., yn(x)) ≠ 0, x0∈[a, b], то W(x; y1(x), y2(x), ..., yn(x)) ≠0 на [a, b].