
- •Глава 9. Дифференциальные и разностные уравнения.
- •§1. Обыкновенные дифференциальные уравнения
- •9.1. 9.2.
- •9.23 . 9.24.
- •9.47 . 9.48.
- •9.89 . 9.90.
- •§2. Обыкновенные дифференциальные уравнения
- •9.131 . 9.132. 9.133.
- •9.161 ,. 9.162,.
- •9.163 ,. 9.164,,.
- •9.165 . 9.166,,. 9.167,,. 9.168,,. 9.169. 9.170.
- •9.171 . 9.172.
- •9.191 .
- •9.245 9.246
- •9.263 9.264
- •9.273 9.274
- •9.281 .
- •9.313. 9.314 .
- •9.323 . 9.324.
- •9.325 . 9.326.
- •9.327 . 9.328.
- •9.331 .
- •9.349 ,,;
- •10.1 . 10.2 .
- •10.3 . 10.4.
- •10.5 . 10.6.
9.23 . 9.24.
9.25
.
9.26
.
9.27
.
9.28
.
9.29
.
9.30
.
9.31
.
9.32
.
9.33
.
9.34
.
9.35.
9.36
.
Уравнение
вида
приводится к однородному уравнению или
уравнению с разделяющимися переменными.
Пусть
,
тогда:
1)
если
,
то подстановкой
,
где
и
- новые переменные,
и
- некоторые числа, определяемые из
системы уравнений
,
исходное уравнение приводится к
однородному ДУ относительно новых
переменных
и
;
2)
если
,
то подстановкой
исходное уравнение приводится к уравнению
с разделяющимися переменными.
В задачах 9. 37-9.40 найти общие решения уравнений:
9.37
.
9.38
.
9.39.
9.40
.
В задачах 9.41-9.46 найти частные решения уравнений, удовлетворяющие указанным начальным условиям:
9.41
,
.
9.42
,
.
9.43
,
.
9.44
,
.
9.45
,
.
9.46
,
.
Уравнение
вида
называетсялинейным.
Уравнение
,
в котором правая часть тождественно
равна нулю, называетсяоднородным
линейным
уравнением.
Общее
решение неоднородного линейного
уравнения находится подстановкой
,
,
где
и
- неизвестные функции от
.
Уравнение тогда примет вид
.
Приравняв нулю выражение в скобках,
получим уравнение с разделяющимися
переменными
,
из которого найдём
в виде его частного решения
,
где
-
какая-нибудь первообразная для
.
Подставив затем найденное выражение
в уравнение
,
получим уравнение с разделяющимися
переменными
,
из которого найдём
в виде его общего решения. В результате
найдём и общее решение исходного
уравнения в виде
.
Некоторые
уравнения становятся линейными, если
поменять ролями искомую функцию и
независимую переменную. Например,
уравнение
- нелинейное относительно
и
,
является линейным относительно
и
:
.
В задачах 9.47-9.62 найти общие решения следующих линейных дифференциальных уравнений:
9.47 . 9.48.
9.49
.
9.50
.
9.51
.
9.52
.
9.53
.
9.54
.
9.55.
9.56
.
9.57
.
9.58
.
9.59
.
9.60
9.61
.
9.62
.
В задачах 9.63-9.70 найти частные решения уравнений, удовлетворяющие указанным начальным условиям:
9.63,
.
9.64
,
.
9.65,
.
9.66
,
.
9.67,
.
9.68,
.
9.69
,
.
9.70
,
.
Уравнение
вида
,
где
и
,
называетсяуравнением
Бернулли.
Оно приводится к линейному с помощью
подстановки
.
Решение уравнения Бернулли можно также
найти непосредственно подстановкой
.
В задачах 9.71-9.78 найти общие решения уравнений Бернулли:
9.71
.
9.72
.
9.73
.
9.74
.
9.75
.
9.76
.
9.77
.
9.78
.
Уравнение
называетсяуравнением
в полных дифференциалах,
если его левая часть является полным
дифференциалом некоторой функции
,
т.е.
.
Это имеет место, если выполнено тождество
.
Общий
интеграл уравнения имеет вид
,
где
- произвольная постоянная. Функцию
находим, используя равенства
и
.
Сначала, интегрируем первое из равенств
по
и определяем функцию
с точностью до произвольной дифференцируемой
функции
в виде
,
где
- одна из первообразных для функции
.
Затем, подставляем это выражение для
во второе из равенств и получаем
дифференциальное уравнение для
определения функции
:
,
интегрируя которое находим
в виде его частного решения.
В задачах 9.79-9.86 решить следующие уравнения, предварительно убедившись, что они являются уравнениями в полных дифференциалах:
9.79
.
9.80
.
9.81
.
9.82
.
9.83
.
9.84
.
9.85
;
.
9.86
;
.
Уравнения
первого порядка
,
не разрешённые относительно производной,
решают следующими методами.
1)
Разрешаем
уравнение
относительно
и получаем одно или несколько уравнений
вида
(
),
каждое из которых надо решить. Если
решение уравнений найдено в виде общих
интегралов
,
то общий интеграл исходного уравнения
записываем в виде
.
2)
Метод
введения параметра.
Разрешаем уравнение
относительно
и записываем в виде
.
Вводим параметр
и получаем
.
Берём полный дифференциал от обеих
частей равенства
и заменяя
через
,
получаем уравнение вида
.
Если решение этого уравнения найдено
в виде
,
то учитывая равенство
,
записываем решение исходного уравнения
в параметрическом виде:
,
.
Уравнения вида
решают
таким же способом.
В
задачах 9.87-9.92 разрешить
следующие уравнения относительно
и найти их
общее решение:
9.87
.9.88
.