Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ДИФУР!!!!.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
1.82 Mб
Скачать

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(- 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(xy) и ее частная производная   fy(xy)  непрерывны в некоторой области D плоскости x0y и точка (x0y0) принадлежит областиD.

Тогда :

— в некоторой окрестности (x0 − δx0 + 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 − δx0 + δ) .

Геометрически это означает, что если условия теоремы выполнены, то через каждую точку (x0y0) области D проходит единственнаяинтегральная кривая уравнения.

Бесконечное множество решений уравнения  

можно рассматривать как однопараметрическое семейство функций y = φ(xx0) — семейство решений задачи Коши  

элементы которого различны для разных значений x0 . Иными словами область D "расслаивается" на интегральные кривые y = φ(xx0) . 

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 [ab] линейное однородное дифференциальное уравнение

y(n) + an-1(x)y(- 1) + ... + a1(x)y' + a0(x)y = 0.

Общим решением этого уравнения на отрезке [a;b] называется функция y = Φ(xC1,..., Cn ), зависящая от n произвольных постоянных C1,..., Cn и удовлетворяющая следующим условиям :

− при любых допустимых значениях постоянных C1,..., Cn функция y = Φ(xC1,..., Cn ) является решением уравнения на [ab] ;

− какова бы ни была начальная точка (x0y0y1,0 ,..., 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) = y0y '(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(xy1(x), y2(x), ..., yn(x)) называется определитель, первая строка которого образована функциями y1(x), y2(x), ..., yn(x) из Cn-1[ab] , а последующие строки образованы производными от функций предыдущей строки:

Рассмотрим линейное однородное дифференциальное уравнение

y(n) + an-1(x)y(- 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 [ab] 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 [ab] .

 

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 [ab] коэффициентами, справедлива формула Остроградского–Лиувилля:

Из формулы Остроградского-Лиувилля, в частности, следует:

− если W(x0 ; y1(x), y2(x), ..., yn(x)) = 0, x0∈[ab], то W(xy1(x), y2(x), ..., yn(x)) ≡ 0 на [ab];

− если же W(x0 ; y1(x), y2(x), ..., yn(x)) ≠ 0, x0∈[ab], то W(xy1(x), y2(x), ..., yn(x)) ≠0 на [ab].

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]