- •Общие понятия теории о.Д.У., примеры моделей динамических процессов Общие понятия:
- •Примеры задач:
- •Уравнения с разделяющимися переменными, однородные, линейные, в полных дифференциалах
- •Уравнения Бернулли и Риккати
- •Уравнения, не разрешенные относительно производной. Задача коши
- •Теорема Коши о голоморфном решении
- •1) Построение формального решения
- •2) Сходимость
- •Метод малого параметра.
- •Линейные уравнения с постоянными коэффициентами
- •Линейные системы д.У. Общие свойства
- •Линейные системы с постоянными коэффициентами
Уравнения Бернулли и Риккати
Бернулли:
y′ = a(x)y + b(x)ym, m ≠ 0,1 y ≡ 0 – решение
Разделим
на ym
=>
Замена:
z=y1-m
y’=
(решаем
одни из 3 методов)
y1-m = z(x,C)
-----------------------------------------------------
Решаем методом Бернулли: y’ = a(x)y+b(x)ym
y = u·v, где u и v – функции от x.
Дифференцируем по x: y′ = u′ v + u v′.
Подставляем в исходное уравнение:
u’v + uv’ - a(x)uv = b(x)umvm
u’v + u(v’ - av) = b(x)umvm
v’ – av = 0 - с разделяющ перемен
Решаем его и находим частное решение v = v(x) = eA(x)
u’= b(x)umvm-1 |: um *dx
=
далее
интегрируем
Затем подставляем в y = uv
Риккати:
Правая часть квадратична по y: y′ = a(x)y + b(x)y2 + c(x),
В общем случае уравнение не интегрируется в квадратурах, но если известно какое-либо частное решение y1(x), то заменой y = y1(x) + z (общ решение) приходим к уравнению Бернулли для новой искомой функции z(x):
z’ = [a(x) + 2b(x)y1]z + z2b(x)– уравнение Бернулли 2 порядка
Общее решение Риккати = част реш + общ реш ур-я Бернулли
Частные случаи:
1) a,b,c –
const y’ = ay+by2+c
=>
2) Ур-ие вида y’ = by2+С*xn
Если n = 0 – разделяем перемен
Если n = -2 => y = 1/z и получим однородное ур-ие
Уравнения, не разрешенные относительно производной. Задача коши
Уравнения
не разреш относ производ:
(1)
x
– неизв, y(x)
– искомая функ
ОПР
Пусть y=φ(x)
– реш-ие ур-ия,
опред-ое на [α1,
β1]
⊂R.
Решение y=ψ(x)
назыв продолжением
решения φ(x)
на интервале (α2,
β2)
([α2,
β2])
: [α1,
β1]
⊂(α2,
β2),
если φ(x)
определяется на (α2,
β2)
и ψ(x)=
φ(x),
когда x
[α1,
β1]
ОПР
Дискриминантной кривой
назыв кривая, определяемая из системы
исключением
y’
ОПР Особые решения ур-ия (1) назыв решение через каждую точку которого проходит график другого решения, касающегося его в этой точке.
Замечание: среди дискрим.кривых находятся особ.решения, но не только они.
Методы: 1)Разрешить, если это возможно, ур-ие относ y’
2)Ур-ие записать в виде y = Ф(x,y’) (2) или x= Ψ(y,y’) (3)
В этом случае ур-ие решается методом параметра
Вводим параметр p: y’=p => dy=pdx
Находим полных диф-ал левой и правой части (2)-(3):
Из(2)
y = Ф(x,p) (2*)
dy=
+
, pdx =
+
=> выражаем х как функ р и conts и подставляем в (2*) =>
у как функция p и conts.
Из (3)
x=
Ψ(y,p)
, dx=
+
,
+
,
p
и ,
р=0 рассатр-ся
отдельно.
Ур-ие Лагранжа:
y = xF(y′) + G(y′), где F,G
Пусть y’=p => dy= pdx => y=xF(p)+G(p) (*)
dy= F(p)dx+xF’(p)dp+G’(p)dp
pdx= F(p)dx+xF’(p)dp+G’(p)dp
(p-F(p))dx = (xF’(p)+G’(p))dp
(p-F(p))
= xF’(p)+G’(p)
1) p-F(p) = 0 => p=p0…подстав в (*) => y=y(p0,x)
2)
Ко
2 равенство =>
x=φ(p,c)
подставл в (*)
=>
– параметрич-ое выраж-ие решения
Уравнение Клеро:
y=xy’ + G(y’) Вводим параметр p: y’=p => y = xp +G(p) (**)
dy=pdx+xdp+G’(p)dp
pdx = pdx+xdp+G’(p)dp
(x+ G’(p))dp =
0 =>
1)
=> p=x =>(**)=>y=xc+G(c)
= xc+C1
2)
ко 2 равн-ву
=> y
= -G’(p)p+G(p)
– параметрич-ое выраж-ие решения
Теорема Пикара:
Пусть y’=f(x,y) – ОДУ (1) y(x0) = y0 (2)
Пусть
f(x,y)
C(П)
– непрерывн в прямоуг.П и удовлет. услов.
Липшица, где П = {(x,y):
|x-x0|
, |y-y0||
} – прямоуг. с центром в т (x0,y0).
Тогда решение задачи (1)-(2)
на [x0-h,
x0+h],
где h
= min(a,
b/M,
1/L),
M
=
L-const
Липшица
ОПР f
удовлет. услов Липшица f
,
если
L
>0:
(x,y’),
(x,y’’)
имеем |f(x,y’)-f(x,y’’)|
L|y’
- y’’|
