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

обыкновенные диф ур-я высших порядков

.pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
410.07 Кб
Скачать

B ! y

= z !&/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z +

 

2z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

&

 

2dx

 

1

 

2

 

 

 

 

 

x

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

,

 

 

=

 

+ C0, z =

 

 

.

 

 

z2

x2

z

x

2 + C0x

B F z = 0 3 z y

 

 

 

 

 

 

 

y =

 

x

, dy =

xdx

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 + C0x

2 + C0x

3 " !&/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 C0 = 0 ! dy

 

 

 

 

dy = C0

2 + C0x − dx y =

C02 ln |2 + C0x| − C0 + C1.

1

 

 

2dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

x

( C0 = 0 $1

dy = −xdx/2 y = −x2/4 + C.

B F

z = 0 y = 0 y = C.

-& " &

F (y, y , . . . , y(n)) = 0. @8 8;A

# ! & y = z y &1 &1 &1 F z =

z(y) B 4 y , y , . . . , y(n) &1

 

 

 

y =

dy

 

=

dz

=

dz

 

dy

=

 

dz

z,

 

 

dx

 

 

 

dy dx

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

dy

dy

 

z,

y = dx

= dy z = dy2 z +

2

 

 

dy

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

d2z

 

dz

 

 

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

y(n) = ω

z, dy

, . . . , dyn−1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

dn−1z

 

 

 

 

B ! ! y , y , y , . . . , y(n) & @8 8;A

!&/ & (n − 1) & z

y

B y &1 &1 ! "

y = 7GHIJ = & @8 8;A

" !

E ! &

F (y(k), y(k+1), . . . , y(n)) = 0 (1 ≤ k < n),

@8 8,A

! & y(k) = z(x) C & @8 8,A &

@8 8;A

F (z, z , . . . , z(n−k)) = 0 (1 ≤ k < n).

+ = 0 &

 

2yy = y 2 + y2.

@8 8*A

B ! yx = z(y) y &1 &1 !& / yxx = zy yx = zy z C & @8 8*A "

2yz dydz = z2 + y2.

B ! z2 = u &/ / 2z dydz = dzdy2 , !&/

yuy = u + y2.

B !&/ ! ! &

u = C1y + y2.

! !" z2 = C1y + y2 y 2 = C1y + y2 &

 

 

dy

= ±dx ln |y + C1/2 +

C1y + y2

| = ±x + C2.

 

C1y + y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

y = 0.

 

 

. = 0 &

 

 

 

 

 

yy + 1 = y 2.

@8 ()A

B ! yx = z(y) !&/ yxx = zy yx = zy z C @8 ()A ! &

yzzy = z2 1 z2 1 = Cy2 y = ± Cy2 1.

3 " 1

8 C = 0 6 4 !&/ dy = ±x y = A ± xK

( C < 0 C = −C12 $1

dy

1 (C1y)2 = ±dx C1y = sin(C0 + C1x);

9 C > 0 C = C12 $1

dy

1 + (C1y)2 = ±dx C1y = ± sh(C0 + C1x).

/ !&/ & @8 8,A

F (y(n−1), y(n)) = 0

2 ' y(n)

& y(n)

 

y(n) = f (y(n−1)).

 

@8 (8A

# ! & y(n−1) = z(x) !&/ &

 

zx

= f (z) !

dz

= dx.

@8 ((A

 

 

f (z)

 

 

 

 

 

 

D &

 

f (z) = x + C1.

@8 (9A

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

E ! !&/ @8 (9A !" z z = ω(x, C) # ! &1 & y(n−1) = ω(x, C) &

!

E ! " & @8 (9A !" z !" &

! &10 B z &1 &1 &1

 

dy(n−2) = y(n−1)dx = zdz

,

 

 

y

(n

2)

=

 

 

zdz

 

 

 

 

 

 

f (z)

 

 

 

 

 

 

 

f (z)

= ϕ2(z, C2),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

(n

 

3)

= y

(n

2)

dx =

ϕ2(z,C2)dz

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (z)

 

@8 (:A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n

3)

 

 

ϕ2(z,C2)dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ϕ3(z, C2, C3),

 

 

 

f (z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = ϕn(z, C2, . . . , Cn).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 &!" !&/ /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz

 

= x + C1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

ϕ

n(

z, C

, . . . , C

.

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

2

 

 

 

n)

 

 

 

 

 

&

 

 

 

; = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y (3y 2 + 2y ) = 1.

 

@8 (+A

& @8 (+A !" y ! &

y = z

y =

1

,

z =

1

.

 

 

3y 2 + 2y

3z2 + 2z

! &

(3z2 + 2z)dz = dx, x = z3 + z2 + C1.

B " / &! @8 (:A

dy = y dx = z(3z2 + 2z)dz,

 

 

 

 

 

 

y = z(3z2

 

 

 

 

 

 

 

z4

 

 

z3

 

 

 

+ 2z)dz =

3

 

+

2

+ C2,

 

4

3

 

dy = y dx =

34

 

+ 23

 

+ C2

(3z2 + 2z)dz,

 

 

 

 

 

z4

 

 

z3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 34

+ 23

 

+ C2 (3z2

+ 2z)dz = 28

+ 12

 

z4

 

 

z3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9z7

7z6

@8 (.A

+4z5 + C2(z3 + z2) + C3. 15

B !&/ /

 

x = z3 + z2 + C1,

 

 

 

 

y =

9z7

+

7z6

+

4z5

+ C2(z

3

2

) + C3.

 

28

12

15

 

+ z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ' y(n−1)

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(n−1) = f (y(n)).

 

 

@8 (;A

# ! & y(n−1) = z(x) !&/ &

 

 

 

 

 

 

z = f (zx).

 

 

 

@8 (,A

6 z = dz

= p & dz = pdx z = f (p) # &

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

! p dz = f (p)dp = pdx $1

 

 

f

p

dp

x =

p

dp

 

 

dx =

 

( )

 

f ( p)

 

+ C1.

@8 (*A

 

p

 

 

@8 (,A "

 

 

 

 

 

 

 

y(n−1) = f (p).

 

 

@8 9)A

/ & @8 (*A @8 9)A " / &!

@8 (:A @ z & & pA 6 &!" !&/

/

 

 

 

 

p)dp

 

 

 

 

x =

 

f (

+ C1,

 

 

 

p

n)

 

 

y =

n(

 

2

, . . . , C

.

 

 

ϕ

p, C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!" 3

B& " & & / !

 

y(n−1) = ϕ(t), y(n) = ψ(t).

 

B dy(n−1)

= y(n)dx !&/

 

 

y(n−1)

ϕ (t)dt

ϕ (t)dt

 

dx =

 

=

 

, x =

 

 

+ C1.

y(n)

ψ(t)

ψ(t)

B &! @8 (:A ' /

 

x = ψ(t) + C1,

 

 

 

ϕ (t)dt

y = φ(t, C2, . . . , Cn).

F (y(n−2), y(n)) = 0

2 ' y(n)

&

y(n) = f (y(n−2)).

# ! & y(n−2) = z(x) !&/ &

 

 

zxx = f (z).

z =

dz

& / &

dx

& / z dx = dz !&/

 

 

2z dz = 2f (z)dz.

D &

 

z 2 =

2f (z)dz + C1.

@8 98A

@8 98A 2z dx

! &

dx =

 

, x =

2f (z)dz + C1

+ C2.

@8 9(A

2f (z)dz + C1

 

dz

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

# ! !&/ " / ! &

@8 9(A & 1 y(n−2) = ω(x, C1, C2)

 

 

2 ' y(n−2)

 

&

 

 

 

 

 

y(n−2) = f (y(n)).

 

 

# ! & y(n−2) = z(x) !&/ &

 

 

 

 

 

z = f (zxx).

 

 

@8 99A

B ! z = u z = f (u) $1

dz = fudu.

@8 9:A

&

 

dz 2 = 2z dz = 2z z dx = 2z dz = 2udz = 2ufudu.

@8 9+A

D &

z =

 

 

 

dz

 

2ufudu + C1, dx =

 

.

 

2ufudu + C1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B ! &!& @8 9:A &

x =

2ufudu + C1

+ C2.

@8 9.A

 

fudu

 

 

# ! !&/ " / ! &

@8 9.A & 1 y(n−2) = ω(x, C1, C2)

! "

"#

" 8 8

F (x, y, y , . . . , y(n)) = 0 @8 9;A

!" & '

! y → ky , y → ky , . . . , y(n) → ky(n) ! & !

F (x, ky, ky , . . . , ky(n)) = kmF (x, y, y , . . . , y(n)).

@8 9;A & ! ! "

y = yz,

@8 9,A

z & z = z(x)

# & ! !" &!& @8 9,A

y yz

 

y

=

 

3

 

 

),

 

 

y

z + yz

= y(z2 + z

y = y(z

+ 3zz + z ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(n) = (z, z , . . . , z(n−1)).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B ! ! y , y , . . . , y(n) & @8 9;A

F (x, y, yz, y(z2 + z ), . . . , yω(z, z , . . . , z(n−1))) = 0.

& ! ! & F

"

ymF (x, 1, z, (z2 + z ), . . . , ω(z, z , . . . , z(n−1))) = 0.

# ! ym @ 4 y = 0 ' A !&/

F (x, 1, z, (z2 + z ), . . . , ω(z, z , . . . , z(n−1))) = 0.

& (n − 1) E ! 0

z = ϕ(x, C1, C2, . . . , Cn−1),

z y /y !&/

y /y = ϕ(x, C1, C2, . . . , Cn−1).

D &

y = Cnexp

ϕ(x, C1, C2, . . . , Cn−1)dx .

 

! &

@8 9;A

 

, = 0 &

 

xyy − xy 2 − yy = 0.

@8 9*A

B ! ! 4 & # !

& y → ky , y → ky , y → ky & @8 9*A

k2yy − k2xy 2 − k2yy = 0.

# ! & k2 !&/ ' &

xyy − xy 2 − yy = 0.

B ! y = yz !&/ y = y(z2 + z ) B ! ! y y & @8 9*A 0 y2 !&/

x(z2 + z ) − xz2 − z = 0 ! xz − z = 0.

D & ! & z = C1x 3 z y /y y /y = C1 D & 0 !&/

y = C2e(C1/2)x2 .

$ % ' "

" 8 (

 

F (x, y, y . . . , y(n)) = 0

@8 :)A

 

0 !

 

 

x → kx , y → kmy , y → km−1y , . . . , y(n) → km−ny(n)

@8 :8A

!

& !

 

F (kx, kmy, km−1y , . . . , km−ny(n)) = ksF (x, y, y , . . . , y(n)).

L / ! m " & & & !

' / ! k & ' " /! & !

@8 :8A

B ! / ! m ! " &

x = et, y = zemt,

@8 :(A

t F

 

 

 

 

z F

& C

 

d

 

= e−t

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

, y

. . . , yx(n)

&1

! &10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

dt

 

x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

=

 

dy

e

t

=

d2z

+ (2

m 1) dz

+ m(m 1)z e(m

2)t,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

dz + mz

 

 

 

 

 

 

 

y

= dy e−t

=

dz emt + mzemt

=

 

emt,

 

 

 

@8 :9A

 

 

 

x

 

 

 

dt

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

dt

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yx

 

= ω z, dt , . . . , dtn

 

e(m−n)t.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

dnz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 ! " & @8 :(A & @8 :)A ! &

&! @8 :9A !&/ & ! 0

emt

 

& 0 t & &

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E ! & @8 :)A x < 0 ! & ! " x = −et

 

 

* = 0 &

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x4y + (xy − y)3 = 0.

 

 

 

 

@8 ::A

 

 

B / 4 & 0

/ ! m B

 

' /! / / x y y

y &1 1 m (m

1) (m

2) 4 + m

2 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3(1+m−1) = 3m & m = 1 C " ! & x = et y = zet C

 

 

 

 

 

 

 

y

 

dy

t

=

 

 

d2z

 

dz

 

t

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= dt e

 

 

dt2

+ dt

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

= dy e−t

=

dz + z ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

& @8 ::A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e4t dt2

+ dt e−t + et dt + z

− zet

3

= 0 dt2

+ dt

+

dt

 

3

 

= 0.

 

d2z

dz

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d2z

dz

 

 

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B ! " dz = u(z) z &1 &1 C

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d2z

 

 

du

 

du dz

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

= dz

 

 

 

=

 

u.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt2

dt

dt

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

B 4 & &

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du

+ u + u3 = 0

 

du

+ 1 + u2 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz

dz