- •Технический университет – упи», 2005
- •Введение Основные понятия
- •Линейные дифференциальные уравнения высшего порядка
- •Решения задания типового варианта
- •4. Решить начальную задачу Коши
- •Ответ: .
- •12. Найти общее решение уравнения
- •V. 17. Последнее задание содержит задачи двух типов – составление и решение дифференциального уравнения на физическую и геометрическую тему. Рассмотрим оба типа задач.
V. 17. Последнее задание содержит задачи двух типов – составление и решение дифференциального уравнения на физическую и геометрическую тему. Рассмотрим оба типа задач.
а). В контур
с индуктивностью с
и сопротивлением
включена сторонняя ЭДС
![]()
.
Определить зависимость тока от времени
,
если в начальный момент ток равен нулю.
Решение. Как
известно, падение напряжения в обозначенном
контуре (см. рисунок) складывается из
падения его на сопротивлении
и ЭДС самоиндукции
.
Таким образом, уравнение для тока в
к
онтуре
запишется в виде
,
(1)
где
– внешняя электродвижущая сила.
Запишем уравнение (1) в виде
(2)
где для краткости
введено обозначение
Получили неоднородное
линейное дифференциальное уравнение
1-го порядка с постоянными коэффициентами.
Решение его складывается из решения
однородного уравнения
,
равного
и частного решения
неоднородного уравнения, которое ищем
по виду правой части –
.
Подставляя его в (2), определяем константы
Таким
образом, частное решение имеет вид
.
Его можно представить в другом виде,
введя угол сдвига фазы φ тока в контуре
по отношению к ЭДС. Для этого положим
Постоянная отсюда равна
,
а частное решение теперь принимает вид
Общее решение его запишется в виде
.
(3)
Постоянная С
определяется из начального условия
:
.
Окончательно решение уравнения (2) запишется в виде
(4)
Если
достаточно велико, то
– малая величина
и ею в формуле (4) можно пренебречь
(затухание собственного тока в
контуре за счёт активного сопротивления). Тогда будем иметь
(5)
Другой вариант нахождения частного решения
В правую часть
уравнения (1) введём вместо
комплексную величину:
.
Тогда выражение для тока
становится также комплексным –
,
и, в силу линейности уравнения (1), искомый
ток определяется как его мнимая часть:
.
Теперь решение уравнения
(6)
ищется в виде
.
Подставляя его в уравнение (6), получаем
уравнение для
,
откуда
,
или в показательной форме
.
Таким образом, частное решение имеет
вид
,
а его мнимая часть даёт то же выражение
для тока, что и в (4).
Замечание. Решение уравнения (2) можно также получить с помощью метода Бернулли.
Ответ:
.
б) Записать уравнение
кривой, проходящей через точку
,
если известно, что
площадь трапеции DMCO (см. рисунок),
ограниченной осями координат, любой
касательной к этой кривой в точке M(x,y)
и ординатой точки касания MC, есть величина
постоянная, равная 3.
Решение.
Имеем

![]()

![]()
где перед
ставится знак «+»,
если
tg
(левее точки минимума на рисунке), и знак
«–», если
tg
.
Поэтому в обоих
случаях имеем:
Далее находим:

Получили линейное уравнение первого порядка. Решаем его:

(1)

Подставим найденное
выражение для
в уравнение (1):
.
Отсюда находим
:
.
Тогда
.
Поскольку кривая
проходит через точку
,
то, подставляя
эти значения в общее решение, получим
C=1/4.
Искомая кривая имеет уравнение
.
При
имеем точку минимума.
Ответ:
– общее решение.
Список рекомендуемой литературы
1. Степанов В.В.Курс дифференциальных уравнений / В.В.Степанов. М.: ГИТТЛ, 1953.
2. Тихонов А.Н. Дифференциальные уравнения / А.Н. Тихонов, А.Б.Васильева , А.Г. Свешников. М.: Наука, 1980.
3. Демидович Б.П. Краткий курс высшей математики / Б.П.Демидович, В.А. Кудрявцев – М.: ООО «Издательство АСТ», 2003.
4. Дифференциальные уравнения: Методические указания по курсу «Высшая математика» / А.В.Зенков, В.Б. Соловьянов, О.Ю. Муйземнек. Екатеринбург: УГТУ, 1997.
5. Дифференциальные уравнения: Индивидуальное домашнее задание / Н.В.Быкова [и др.]. Свердловск: Изд. УПИ, 1991.
