- •Оглавление
- •Введение
- •1. Обыкновенные дифференциальные уравнения и системы
- •1.1. Обыкновенные дифференциальные уравнения. Основные понятия
- •1.2. Системы оду. Основные понятия
- •1.3. Связь оду высших порядков и систем оду
- •2.1.2. Уравнения с разделяющимися переменными
- •2.1.3. Однородные уравнения 1-го порядка
- •2.1.4. Уравнения, приводящиеся к однородным
- •2.1.5. Линейные уравнения первого порядка
- •2.1.6. Уравнения Бернулли
- •2.1.7. Уравнения в полных дифференциалах
- •2.2. Обыкновенные дифференциальные уравнения првого порядка. Поведение решений
- •2.2.1. Теорема существования и единственности решения задачи Коши
- •2.2.2. Уравнения первого порядка. Поле направлений
- •2.2.3. Автономные уравнения первого порядка
- •2.2.4. Устойчивость решений обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка
- •2.2.5. Асимптотическая устойчивость решений обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка
- •2.3. Метод изоклин
- •3. Обыкновенные дифференциальные уравнения высших порядков
- •3.1. Обыкновенные дифференциальные уравнения высших порядков. Понижение порядка
- •3.1.1. Понижение порядка обыкновенного дифференциального уравнения. Введение
- •3.1.2. Уравнения, не содержащие независимой переменной
- •3.1.3. Уравнения, не содержащие искомой функции
- •3.1.4. Уравнения с однородной правой частью
- •3.2. Линейные однородные дифференциальные уравнения n-го порядка
- •3.2.1. Линейные однородные дифференциальные уравнения n-го порядка. Введение
- •3.2.2. Свойства решений линейного уравнения. Принцип суперпозиции
- •3.2.3. Существование и единственность решения задачи Коши
- •3.2.4. Линейные уравнения второго порядка. Гармонические колебания
- •3.2.5. Линейные уравнения втрого порядка. Ангармонические колебания
- •3.2.6. Линейные уравнения второго порядка. Уравнение Ньютона
- •3.3. Линейная зависимость и линейная независимость системы функций
- •3.3.1. Линейная зависимость и линейная независимость системы функций
- •3.3.2. Определитель Вронского
- •3.3.3. Исследование линейной независимости системы функций
- •3.3.4. Линейная независимость решений линейного дифференциального уравнения
- •3.4. Структура решения линейного однородного дифференциального уравнения n-го порядка
- •3.4.1. Фундаментальная система решений однородного линейного дифференциального уравнения
- •3.4.2. Структура общего решения линейного однородного уравнения
- •3.4.3. Структура общего решения линейного неоднородного уравнения
- •3.4.4. Метод вариации произвольных постоянных отыскания частного решения
- •3.5. Линейные однородные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами
- •3.5.1. Решение однородного уравнения с постоянными коэффициентами
- •3.5.2. Метод подбора построения частного решения неоднородного уравнения
- •3.5.3. Уравнение Эйлера
- •4. Системы дифференциальных уравнений
- •4.1. Системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Основные понятия
- •4.2. Фазовое пространство. Фазовые траектории
- •4.3. Существование и единственность решения задачи Коши
- •4.4. Интегрирование систем дифференциальных уравнений методом исключения
- •4.4.1. Линейные системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Структура
- •4.4.1.1. Линейные системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Основные понятия
- •4.4.1.2. Фундаментальная матрица решений однородной линейной системы дифференциальных уравнений
- •4.4.1.3. Структура общего решения однородной линейной системы дифференциальных уравнений
- •4.4.1.4. Структура общего решения неоднородной линейной системы дифференциальных уравнений
- •4.4.1.5. Построение фундаментальной матрицы решений однородной линейной системы дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами методом Эйлера
- •4.4.2. Системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Поведение решений
- •4.4.2.1. Устойчивость решений систем дифференциальных уравнений
- •4.4.2.2. Устойчивость и асимптотическая устойчивость по Ляпунову
- •4.4.2.3. Устойчивость положения равновесия линейных систем оду
- •4.4.2.4. Устойчивость точек покоя нелинейных систем по линейному приближению
- •4.4.2.5. Неустойчивость по линейному приближению точек покоя нелинейных систем
- •4.4.3. Автономные системы дифференциальных уравнений
- •4.4.3.1. Автономные системы. Основные понятия
- •4.4.3.2. Свойства фазовых траекторий
- •4.4.3.3. Фазовая плоскость, фазовые кривые, фазовый портрет автономной системы второго порядка
- •4.4.3.4. Векторное поле автономной системы второго порядка
- •4.4.3.5. Точки покоя линейной автономной системы второго порядка с постоянными коэффициентами
- •4.4.4. Численное интегрирование дифференциальных уравнений первого порядка
- •4.4.4.1. Задача Коши. Общие замечания. Постановка задачи
- •4.4.4.2. Метод Эйлера
- •4.4.4.3. Модифицированный метод Эйлера
- •4.4.4.4. Метод Рунге-Кутта
- •2. Решение уравнения модифицированным методом Эйлера:
- •3. Решение уравнения методом Рунге-Кутта:
- •4. Аналитическое решение заданного уравнения:
- •5. Сравнение точного решения и приближенных решений исходного дифференциального уравнения:
- •Библиографический список
- •Обыкновенные дифференциальные уравнения
2. Решение уравнения модифицированным методом Эйлера:
Приближенные значения решения исходного уравнения в точках вычисляем по формулам (4.11) и (4.12), в которых Результаты вычислений будем заносить в таблицу. Заполняется она следующим образом.
В первой строке записываем , , Вычисляем
Далее находим
Тогда по формуле (4.12) при имеем
Используя этот результат, записываем во второй строчке , и последовательно находим
Тогда по формуле (4.12) при имеем
Заполнение таблицы 2 при проводится аналогично.
Таблица 2
i |
|
|
|
|
|
|
0 |
0,0 |
1,0000 |
0,1 |
1,0000 |
1,0000 |
0,1836 |
1 |
0,2 |
1,1836 |
0,3 |
0,8457 |
1,2682 |
0,1590 |
2 |
0,4 |
1,3426 |
0,5 |
0,7467 |
1,4173 |
0,1424 |
3 |
0,6 |
1,4850 |
0,7 |
0,6769 |
1,5527 |
0,1302 |
4 |
0,8 |
1,6152 |
0,9 |
0,6246 |
1,6778 |
0,1210 |
5 |
1,0 |
1,7362 |
|
|
|
|
3. Решение уравнения методом Рунге-Кутта:
Приближенные значения решения исходного уравнения будем вычислять по формулам (4.14) – (4.16), где Результаты вычислений помещаем в таблицу, заполняя ее в следующем порядке.
При
Записываем в первом строке ,
Вычисляем
Записываем во второй строке
Вычисляем тогда
Записываем в третьей строке
Вычисляем тогда
Записываем в четвертой строке
Вычисляем тогда
В столбце записываем числа
Вычисляем
Получаем
Значения заносим в строку, замеченную индексом , и снова проводим вычисления по формулам (4.14)-(4.16).
Таблица 3
-
i
x
y
0
0,0
0,1
0,1
0,2
1,0000
1,1000
1,0918
1,1817
0,2000
0,1836
0,1817
0,1686
0,2000
0,3672
0,3634
0,1686
0,1832
1
0,2
0,3
0,3
0,4
1,1832
1,2677
1,2627
1,3407
0,1690
0,1588
0,1575
0,1488
0,1690
0,3178
0,3150
0,1488
0,1584
2
0,4
0,5
0,5
0,6
1,3417
1,4162
1,4127
1,4826
0,1490
0,1420
0,1409
0,1346
0,1490
0,2840
0,2819
0,1346
0,1416
3
0,6
0,7
0,7
0,8
1,4833
1,5507
1,5481
1,6120
0,1348
0,1296
0,1287
0,1239
0,1348
0,2592
0,2575
0,1239
0,1292
4
0,8
0,9
0,9
1,0
1,6125
1,6745
1,6725
1,7317
0,1241
0,1199
0,1192
0,1154
0,1241
0,2398
0,2385
0,1154
0,1196
5
1,0
1,7321