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

Учебно-методическое пособие для проведения практических занятий по высшей математике со студентами инженерно-педагогических специальностей по теме Дифференциальные уравнения

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
30.11.2025
Размер:
2.24 Mб
Скачать

 

 

1

 

1

 

1

 

 

y

 

 

e2 x C1x C2 dx

 

e2 x

 

C1x2

C2 x C3 .

 

8

2

 

4

 

 

 

 

Подставим начальные условия и получим:

1

 

1

С ;

 

1

1

C ;

0

1

C ;

 

 

 

 

 

 

 

8

 

3

 

 

 

4

2

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

1

;

C

5

;

C

7

;

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

2

 

4

 

3

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаем частное решение (решение задачи Коши): y 18 e2 x 14 x2 54 x 78 .

Ответ: y 18 e2 x 14 x2 54 x 78 — частное решение.

Пример 2. Решить уравнение y sin x .

Решение.

Очевидно, данное уравнение относится к рассматриваемому виду ( n 3 ). Запишем данное уравнение в

виде: y sin x . Тогда

y sin dx C1 cos x C1 y cos x C1 dx sin x C1x C2 .

 

 

 

 

 

 

 

y sin x C1x C2 dx cos x

1

C1x2 C2 x C3 .

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаем общее решение: y cos x

1

C x2

C x C , где

C ,C ,C — произвольные постоянные.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

2

 

3

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: y cos x

1

C x2

C x C , где

C ,C ,C

— произвольные постоянные.

 

 

 

 

2

 

1

2

 

3

 

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3. Найти частное решение уравнения

 

yIV cos2 x ,

удовлетворяющее начальным условиям:

y 0

1

,

 

y 0

1

, y 0 0.

 

 

 

 

 

 

 

32

y 0 0,

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

Очевидно, данное уравнение относится к рассматриваемому виду ( n 4 ). Найдем общее решение по-

следовательным интегрированием данного уравнения:

 

 

 

 

 

 

2

x dx

1

 

1 cos 2x dx

1

x

1

sin 2x C1.

 

 

 

 

2

2

4

y

cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

x2

1

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

sin 2x

C1 dx

 

 

 

 

cos 2x C1x C2.

y

2

4

4

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

1

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

cos 2x C1x C2

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 2x C1

 

 

 

 

C2 x C3.

 

 

 

4

 

8

12

16

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

x4

 

 

1

 

 

 

 

 

 

C1x3

C2 x2

 

 

y

 

 

 

 

 

 

sin 2x C1

 

C2 x C3

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C3 x C4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

48

 

 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Воспользуемся начальными условиями: x

0, y

 

1

,

y 0,

y

1

, y 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

o

32

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

o

8

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 C C 0;

 

 

1

 

1

C C

1

;

0 C C 0;

 

 

 

1

 

1

C C 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

8

 

 

8

 

2

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

32

 

 

32

 

4

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, искомое частное решение имеет вид: y

x4

 

 

 

1

 

cos 2x

x2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48

 

 

 

32

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задания для решения в аудитории

 

 

 

 

 

Задание №1. Решить уравнения в полных дифференциалах:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. y 3 cos2 x,

 

y 0 0,

y 0 2, y 0 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31

2.

y

 

1

 

 

,

y 2 3,

y 2 2,

y 2

 

1

.

 

 

 

 

x 3 3

2

 

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

y 2

 

 

 

 

 

, y

 

 

0, y

 

1,

y

 

 

2 .

sin

3

x

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

2

 

4.

y

 

sin x

, y 0 3, y 0 0,

y 0 7 .

 

3cos3 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

y 27e3x 120x3 , y 0 3,

y 0 1,

y 0 2 .

6.

y

 

1

,

y 1 1, y 1 2,

y 1 2

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

7.

y

ln x

, y

e 4, y e

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

e

 

 

8.

y tg2 3x, y 0 9, y 0 5 .

 

 

Задания для самостоятельного решения

Задание №2. Решить уравнения в полных дифференциалах:

 

1. y x sin x, y 0 0, y 0 0, y 0 2. Ответ.

y x cos x sin

2.y sin4 x sin 2x. Ответ. y lnsin x C1x2 C2 x C3.

3.y 2sin x cos2 x sin3 x. Ответ. y 13 sin3 x C1x C2.

4.

y x e x ,

y 0 0,

y 0 2,

y 0 2 .

Ответ.

y x 3 e x

5.

y e5x 4x. Ответ.

y

 

1

 

e5x

x4

 

C1x2

C2 x C3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

125

 

 

6

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

y x ln x,

y 1 0,

y 1

 

1

. Ответ.

y ln x

x3

 

 

5x3

 

13

x

2

.

 

36

36

9

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

x x2 .

3x2 3.

2

2. Уравнения, не содержащие искомой функции. Различают несколько основных типов диффе-

ренциальных уравнений высших порядков, не содержащих искомой функции. Рассмотрим их подробнее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n)

) 0.

I. Уравнения, не содержащие явно независимой переменной x . Это уравнения вида F(y, y ,..., y

 

Порядок таких уравнений

может

быть

понижен

на

единицу с помощью замены переменных

y p y , где

p y — новая искомая функция. Тогда

y

dy

 

 

dy

 

 

 

dy

 

 

dp

p;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

dy

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

dy

 

dy

 

dy

 

d

 

p

 

d

2

p

 

 

 

 

dp

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

p; и т.д.

 

 

 

dx

dy

dx

dy

 

dy

 

 

dy

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

Подставляя эти значения в исходное дифференциальное уравнение, получаем:

 

 

dp

 

d n 1 p

0 .

F1

y, p,

 

,...,

 

 

dy

n 1

 

 

 

dy

 

 

Если это уравнение проинтегрировать, и Ф(y, p,C1,C2 ,...,Cn 1) 0 — совокупность его решений, то для решения данного дифференциального уравнения остается решить уравнение первого порядка:

Ф(y, y ,C1,C2 ,...,Cn 1) 0.

32

Заметим также, что при осуществлении замены

y p y возможна потеря решения

y const .

 

 

 

 

 

 

 

 

(n)

) 0

Непосредственной подстановкой необходимо проверить наличие у уравнения F(y, y ,..., y

 

решений такого вида.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 4. Найти общее решение уравнения yy

 

 

2

4yy

 

0.

 

 

 

 

(y )

 

 

 

 

Решение.

Очевидно, данное уравнение — дифференциальных уравнений высших порядков, не содержащее не-

зависимую переменную х. Следовательно, можем ввести замену переменной: y p y y dpdy p .

 

dp

 

dp

 

 

Подставляем в исходное уравнение получаем: yp

 

p2 4 yp 0 p y

 

p 4 y

0 . Произведе-

dy

dy

 

 

 

 

ние равно нулю, когда один из множителей равен нулю, следовательно:

1)

y

dp

p 4y 0

 

 

dp

4

p

.

 

Для решения

 

полученного

 

дифференциального уравнения

 

 

y

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

произведем замену переменной: u

 

p

. Тогда u

du

 

 

y 4 u

 

 

du 4

dy

 

 

y

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du 4

 

dy

 

 

 

u 4ln

 

 

y

 

 

4ln C

 

 

 

 

 

u 4ln

 

C y

 

 

 

 

p 4 y ln

 

C y

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С учетом того, что p

 

, получаем:

 

 

 

4 y ln

 

 

C1 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

4 y ln

 

C y

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

 

 

 

 

d (ln

C1 y

)

 

 

1

 

ln

 

ln

 

C y

 

C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

C y

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общий интеграл имеет вид: ln

ln

C1 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) p 0 y 0 y C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, получили два общих решения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

ln

 

C1 y

 

4x C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, где C — произвольная постоянная.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 5. Решить уравнение 1 y 2 yy .

Решение.

Очевидно, данное уравнение — дифференциальных уравнений высших порядков, не содержащее независимую переменную х. Следовательно, можем ввести замену переменной: y p y Тогда

y p dpdy . Уравнение примет вид 1 p2 y p dpdy . Это уравнение первого порядка относительно

p с разделяющимися переменными. Далее разделяем переменные и интегрируем:

 

 

pdp

 

dy

;

1

p2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

ln 1 p2 2ln

 

2ln

 

 

или 1 p2 C12 y2 ;

 

 

 

 

y ,

 

y

C1

p C12 y2

1 . Возвращаясь к функции

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y C2 y2

1

 

 

 

 

dx.

Интегрируя

 

получаем

общий

 

 

интеграл:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

C2 y2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

x C

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

C y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2 y2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F(x, y k , y k 1

 

1

 

 

 

 

x C

— общий интеграл, где C ,C

 

Ответ:

ln

C y

C2 y2

1

— произвольные постоянные.

 

 

C1

1

1

 

 

2

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

2

0, y 0 1,

 

0 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 6. Решить уравнение yy

y

y

 

 

Решение.

Очевидно, данное уравнение — дифференциальных уравнений высших порядков, не содержащее независимую переменную х.

Положим y p . Тогда y p p . Уравнение примет вид y p p p2 0 p y p p 0 . Произведение равно нулю, когда один из множителей равен нулю, следовательно:

1) y dpdy p 0. Разделяя переменные и интегрируя, получим: dpp dyy 0, ln p ln y ln C1 ,

p C1 y . Возвращаясь к функции у, получаем y C1 y . Разделяя переменные и интегрируя, получа-

ем:

dyy C1dx, ln y C1x C2 , y eC1x C2 .

2) p 0 y 0 y C .

 

 

 

 

Таким образом, получили два общих решения.

 

 

 

Находим

частное решение 2 C 1 C 2. 1 eC1 0 C2

C 0.

Таким образом,

частное решение:

 

1

1

2

 

 

y e2x . И C 1

 

 

 

 

y e2 x

 

 

 

 

Ответ:

— частное решение.

 

 

 

 

y 1

 

 

 

 

II. Дифференциальное уравнение которое не содержит ни искомой функции y x

, ни ее производ-

ных до порядка k 1 включительно, т. е. имеет вид F(x, y k , y k 1 ,..., y(n) ) 0 .

Его порядок может быть понижен на k единиц в результате подстановки y k p x , где p x — но-

вая искомая функция. Тогда уравнение ,..., y(n) ) 0 принимает вид:

 

 

 

(n k )

) 0 .

F(x, p, p , p ,..., p

 

После определения функции p x искомую функцию y x находят из уравнения k -кратным инте-

грированием его обеих частей.

 

 

 

 

 

 

y

 

Пример 7. Найти решение уравнения xy

y ln

 

.

 

 

 

 

 

x

 

Решение.

 

Это уравнение не содержит искомой функции y x .

Полагая y p , где

p p x , преобразуем

 

 

p

 

 

 

 

p

 

p

 

 

p ln

 

 

. Отсюда имеем

 

 

 

ln

 

 

однородное уравнение первого

уравнение к виду x p

 

p

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x

 

x

 

 

порядка. Введем еще одну замену переменной:

p

u , откуда

p u x,

p u x u , получим урав-

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нение u x u u lnu или

du

x u 1 ln u 0 . Разделяя переменные,

получим

du

 

dx

0.

 

u 1 ln u

x

dx

34

Интегрируя

 

 

 

du

 

 

 

dx

ln

 

C

 

, получим ln

 

ln u 1

 

ln

 

x

 

ln

 

C

 

или

lnu 1 C x , откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u 1 ln u

 

x

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u eC1x 1 . Возвращаясь к функции y , приходим к уравнению y p x eC1x 1 .

 

Следовательно,

y x eC1x 1dx

1

 

x eC1x 1

1

eC1x 1 C2 .

 

 

 

C1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

 

 

Ответ: y

1

x eC1x 1

 

1

eC1x 1 C

, где C ,C — произвольные постоянные.

 

 

C2

 

 

C

 

2

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Дифференциальные уравнения, которые содержат только две последовательные производные

неизвестной функции, т. е. уравнения вида F( y n 1 , y(n) ) 0 . Если это уравнение удается разрешить

относительно

y n , то

оно принимает вид: y n y n 1 и решается с помощью подстановки

y n 1 p x ,

где p x

— новая искомая функция. Такая подстановка

y n p x приводит урав-

нение y n y n 1

к виду

dp

p . Определив из уравнения

dp

p функцию p x и

 

 

 

 

 

dx

dx

 

подставив ее в уравнение y n 1 p x , находят неизвестную функцию y x .

Пример 8. Найти общее решение уравнения y 5 y

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

Данное уравнение не содержит искомой функции y x , поэтому для его решения проведем заме-

ну: y

 

p x y

 

 

 

 

— новая искомая функция. Тогда данное уравнение примет

 

 

p x , где p x

 

 

1

 

 

dp

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dp

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

dx

 

 

вид :

p 5 p

 

 

 

5 p

 

. Разделив переменные, получим

 

 

p

x

 

 

 

x

dx

x

 

 

откуда, интегрируя,

будем иметь

 

dp

5

 

1

dx ln

 

p

 

5ln

 

x

 

ln

 

C

 

p x C x5 , где

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p x в

y p x , получим уравнение

произвольная постоянная. Подставляя найденную функцию

для определения первоначальной искомой функции y x :

y C1 x5 , решая которое, будем иметь:

 

dy

 

C1 x5 . Разделив переменные: dy C1 x5dx dy C1 x5dx . После интегрирования получим

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

C1

x6 C

, где C ,C

—произвольные постоянные.

 

 

 

 

 

 

6

2

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: y

C1

x6 C

— общее решение, где C ,C —произвольные постоянные.

 

 

 

 

 

 

 

6

2

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задания для решения в аудитории

 

Задание №1. Найти общее решение дифференциального уравнения:

 

1.

y x ln x

y

 

2. 2x y y

 

3. y 2 y

 

4.

xy 2y x3

 

5.

x2 y xy 1

6. x4 y x3 y 1

7.

x y 2 y 0

 

8. y 2 2 y y 0

9. 4y3 y y4

1

10.

 

 

y 128 y3

 

11.

y y3 49 0

12. 4y3 y 16y4 1

13.

 

 

y 8sin y cos3 y 0

14.

y 32cos y sin3 y

15. y 18sin3

y cos y

Задание №2. Решите уравнение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35

1.

y

IV

6x;

 

 

 

 

2.

y cos3x 2;

 

2

 

 

4.

y

 

3x

2

y

 

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ( y )

y ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2cos xsin

2

x cos

3

 

 

2

 

2

4;

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

5.

y

 

 

 

x;

6.

(y )

( y )

 

7. yy

 

( y )

 

;

8.

xy

y x sin

x

;

9. xy y x2 sin x;

 

 

10. (1 x2 )y 2xy 3x2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №3. Решите задачу Коши:

1. sin3 xy cos x,

y

 

 

,

y

 

 

1

;

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

3

1,

 

 

1

 

 

 

1

 

 

3.

y y

 

y

 

 

 

1,

y

 

 

 

1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

5.

ex y x,

 

y(0) 3,

y (0) 1,

y (0) 0;

 

 

3

1,

 

 

1

 

 

 

1

 

 

7.

y y

 

y

 

 

 

1,

y

 

 

 

1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

2.

y 2ey ,

y(1) 0,

y (1) 2;

 

 

2

 

y y ,

 

 

 

4.

y

y(2) 1,

y (2) 1;

 

6. y (y )2

0,

 

y(1) 1,

y (1) 0,

y (1) 1;

8.

 

 

 

2

0,

y(1) 0, y (1) 1.

y (3y 1) 3y

 

Задания для самостоятельного решения

Задание №2. Решить задачу Коши:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

y

 

y

x x 1 ,

y 2 1,

 

y 2 1.

Ответ. y

3x4

4x3

36x2

72x 8

.

 

 

 

 

 

 

24

 

x

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

1 x2

y xy 2. Ответ. y arcsin x 2 C1 arcsin x C2.

 

 

 

 

y y x. Ответ.

y

x 1 2

 

 

 

 

 

 

3.

 

 

 

C ex C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 1 sin x y cos x y . Ответ.

y C1x C1 cos x C2.

 

 

 

 

 

5.

tgx y 2 y . Ответ. y

C1x

 

C1 sin 2x

C2.

 

 

 

 

 

2

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №3. Решить уравнения.

1.y 2y 3 2y 2 0. Ответ. 0,5ln 2y 3 C1x C2.

2.y y y 2 y 3 , y 1 1, y 1 1. Ответ. y 2 ln y x.

3. y

y

 

. Ответ.

 

 

 

 

 

 

 

y 0,5C1 ln

2

y C1

C2 x.

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

y 3y2 y 3.

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

y4

 

Ответ. y

 

 

 

C2 x

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

C1

 

 

 

 

 

4

 

5. y y 3 0.

Ответ. y

 

1

 

 

x

 

y2

 

 

 

 

 

C2

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

C1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x 4C2

 

 

5C1

.

6.

y y 3 1 0. Ответ.

y

 

4

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Линейные дифференциальные уравнения порядка n

Определение1. Линейным дифференциальным уравнением n – го порядка называется любое уравне-

ние первой степени относительно функции у и ее производных y , y ,..., y(n) вида: p0 y(n) p1 y(n 1) p2 y(n 2) ... pn 1 y pn y f (x)

где p0 , p1,..., pn — функции от x или постоянные величины, причем p0 0 .

Левую часть этого уравнения обозначим L y : p0 y(n) p1 y(n 1) p2 y(n 2) ... pn 1 y pn y L(y)

36

Определение 2. Если f x 0 , то уравнение

L y 0 называется линейным однородным уравнени-

ем, если f x 0 , то уравнение L y f x

называется линейным неоднородным уравнением, если

все коэффициенты p0 , p1,..., pn постоянные числа, то уравнение L y f x называется линейным

дифференциальным уравнением высшего порядка с постоянными коэффициентами.

Отметим одно важное свойство линейных уравнений высших порядков, которое отличает их от нелинейных. Для нелинейных уравнений частный интеграл находится из общего, а для линейных — наоборот, общий интеграл составляется из частных. Линейные дифференциальные уравнения описывают реальные процессы или дают первое приближение к этим процессам, поэтому имеют широкое практическое применение. Рассмотрим способы интегрирования некоторых типов линейных дифференциальных уравнений высших порядков.

Линейные однородные дифференциальные уравнения порядка n с постоянными коэффициентами

Определение 1. Линейным однородным дифференциальным уравнением порядка n с постоянными коэффициентами называется уравнение вида:

an y(n) an 1 y(n 1)

an 2 y(n 2) ... a1 y a0 y 0

 

1

где an , an 1, an 2 ,...,a1, a0 — известные постоянные коэффициенты, причем an

0 ,

y y x — не-

известная функция аргумента x ,

y n , y n 1 ,..., y — ее производные порядка

n, n 1 ,...,1 соответ-

ственно.

Приведем основные свойства решений линейного однородного дифференциального уравнения порядка n с постоянными коэффициентами.

I. Если y1, y2 ,..., ym решения уравнения (1), то и любая их линейная комбинация

c1 y1 c2 y2 ... cm ym

также является решением уравнения (1), где c1,c2 ,...,cm — некоторые постоянные.

II. Если линейное однородное уравнение (1) с действительными коэффициентами имеет комплексное решение y u i v , то и функции u Re y и v Im y в отдельности являются решениями уравнения (1).

Определение 2. Функции 1 x , 2 x ,..., m x называются линейно зависимыми на множестве A,

если существуют постоянные 1, 2 ,..., m , такие, что

1 1 x 2 2 x ... m 1 x 0, x A , причем 12 22 ... m2 0 .

Если же тождество имеет место лишь при 1 2 ... m , то функции 1 x , 2 x ,..., m x

называются линейно независимыми.

Определение 3. Любая система из n линейно независимых решений y1 x , y2 x ,..., yn x линейно-

го однородного уравнения (1) называется фундаментальной системой решений линейного однородного дифференциального уравнения порядка n с постоянными коэффициентами.

III. Общее решение линейного однородного уравнения (1) представляет собой линейную комбинацию фундаментальных решений, т. е. имеет вид: y x c1 y1 x c2 y2 x ... cn yn x , где c1,c2 ,...,cn – произвольные постоянные, а , y1 x , y2 x ,..., yn x — фундаментальная система решений уравнения (1). Формула y x c1 y1 x c2 y2 x ... cn yn x определяет структуру

37

общего решения линейного однородного дифференциального уравнения порядка n с постоянными коэффициентами.

IV. Линейное однородное уравнение (1) всегда имеет решение y 0 , которое называется триви-

альным решением.

Из вышеизложенного видно, что отыскание общего решения линейного однородного дифференциального уравнения сводится к нахождению его фундаментальной системы решений. Однако, даже для уравнения второго порядка, если коэффициенты a зависят от x , эта задача не может быть решена в общем виде. Тем не менее, если известно одно ненулевое частное решение, то задача может быть решена.

Теорема. Если задано уравнение вида y p1(x)y p2 (x)y 0 и известно одно ненулевое решение

y y1 , то общее решение может быть найдено по формуле:

1

 

p1

( x)dx

 

y C2 y1

 

e

 

 

dx C1 y1.

y2

 

 

 

1

 

 

 

 

Таким образом, для получения общего решения надо подобрать какое — либо частное решение дифференциального уравнения, хотя это бывает часто довольно сложно.

Пример 1. Решить уравнение (1 x2 )y 2xy 2y 0.

Решение.

Данное уравнение — линейное однородное дифференциальное уравнение с переменными коэффициентами второго порядка. Для нахождения общего решения необходимо отыскать какое - либо

частное

решение. Таким

частным

 

решением

 

 

 

будет

 

являться

функция

y1 x. (так как

y1 1 y1 0 0 2x 2x 0 ). Исходное дифференциальное уравнение можно преобразовать:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

2x

 

 

y

 

 

2 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x2

1 x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

e

2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А тогда общее решение имеет вид: y C1x

 

 

dxdx C2 x;

 

 

 

 

 

1 x2

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y C1x

e

ln(1 x2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx C2 x;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

y C1x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2 x

y C2 x C1x

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

x

2

(1 x

2

)

 

2

2(1 x)

2(1 x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y C2 x C1x

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

2

1

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончательно:

y C x C x ln

 

1 x

 

C

, где C ,C ,C

—произвольные постоянные.

 

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

 

1 x

 

4

2

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

y C x C x ln

 

1 x

 

 

C — общее решение, где

C ,C ,C —произвольные постоянные.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

1 x

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V. Задача Коши для линейного однородного дифференциального уравнения n-го порядка с постоянными коэффициентами an y(n) an 1 y(n 1) an 2 y(n 2) ... a1 y a0 y 0

y x0 y0 y x0 y0 y x0 y0

y n 1 x0 y0 n 1

38

всегда имеет и притом единственное решение при любых начальных условиях.

Определение 4. Характеристическим уравнением для линейного однородного дифференциального уравнения порядка n с постоянными коэффициентами

 

an y(n) an 1 y(n 1) an 2 y(n 2)

... a1 y a0

y 0

называется алгебраическое уравнение степени n

вида

 

 

a kn a

kn 1 a

kn 2 ... a

k a

0 .

2

n

n 1

n 2

1

0

 

 

Таким образом, чтобы составить характеристическое уравнение (2), надо в уравнении (1) заменить

производные y n , y n 1 ,..., y соответственно степенями неизвестной величины k , точнее, показатель степени с основанием k должен быть равен порядку соответствующей производной неизвестной функции y , а сама искомая функция y заменена единицей (т. е. k0 ).

В зависимости от коэффициентов k характеристическое уравнение может иметь либо n различных действительных корней, либо среди действительных корней могут быть кратные корни, могут быть комплексно – сопряженные корни, как различные, так и кратные. Не будем подробно рассматривать каждый случай, а сформулируем общее правило нахождения решения линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами.

Общее правило нахождения решения линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами, заключается в следующем:

1) Составляют характеристическое уравнение

( a0kn a1kn 1 ... an 2k2 an 1k an 0 )

и находят его корни, причем согласно основной теоремы алгебры (многочлен степени n имеет ровно n корней с учетом их кратности), их ровно n и они могут быть как действительными числами так и комплексными.

2) Находят соответствующие частные линейно независимые решения этого уравнения, причем в за-

висимости от вида корней соответствующие частные линейно независимые решения будут иметь различный вид:

a) каждому действительному корню соответствует решение ekx;

б) каждому действительному корню кратности m ставится в соответствие m решений:

ekx ; xekx ; ... xm 1ekx .

в) каждой паре комплексно – сопряженных корней i характеристического уравнение

ставится в соответствие два решения: e x cos x и e x sin x .

г) каждой паре m – кратных комплексно – сопряженных корней i характеристического уравнения ставится в соответствие 2m решений:

e x cos x,

xe x cos x,

... xm 1e x cos x,

e x sin x,

xe x sin x,

...xm 1e x sin x.

(более подробно возможные случаи представлены в таблице1. )

3) Составляют общее решение уравнения, которое представляется в виде линейной комбинации n линейно независимых частных решений этого уравнения:

n

y Cm ym C1 y1 C2 y2 ... Cn yn

m 1

Эта линейная комбинация и будет являться общим решением исходного линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами.

Таблица 1. Частные линейно независимые решения зависимости от вида корней характеристического уравнение линейного однородного дифференциального уравнения n го порядка с постоянными коэф-

фициентами

Вид корней

Вид частных решений

39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Корни

k i 1, 2,..., n характери-

 

 

 

 

y

ek1x

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

стического уравнения действитель-

 

 

 

 

y

ek2 x

 

 

 

1.

ны и различны.

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

ekn x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

Корни характеристического уравне-

 

 

 

 

 

x

cos

x

 

 

 

 

ния комплексные числа k1 i

 

 

 

y1 e

 

 

 

 

 

 

 

y2 e x sin x

 

 

2.

, k2 i .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Корни характеристического уравне-

 

 

 

y1

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ния мнимые числа k1 i ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2

sin x

 

 

 

 

k2 i .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Корни характеристического урав-

 

 

 

 

 

y1 e

kx

 

 

 

 

 

нения действительны и кратны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2 xekx

 

 

 

 

k

k

2

k

... k

m

k

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

x2ekx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

m

xm 1ekx

 

 

 

3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Корни характеристического уравне-

y1

 

x

cos x

 

 

 

 

 

x

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

ния комплексные числа k1 i ,

e

 

 

 

y2 e

 

 

y

xe x cos x

 

 

 

y

 

xe x sin x

 

k2 i

и кратности m каждый.

3

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

y

x2e x cos x

 

 

 

y

x2e x sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xm 1e x cos x

 

 

 

 

 

 

xm 1e x sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m 1

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

Таким образом, линейные однородные уравнения с постоянными коэффициентами всегда можно решить в элементарных функциях, причем решение сводится к алгебраическим операциям. Пример 2. Решить уравнение y y 0 .

Решение.

Данное уравнение — линейное однородное дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами.

1. Составим характеристическое уравнение: k3 1 0;

 

 

 

 

 

(k 1)(k2 k 1) 0;

 

k

1;

k2 k 1 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D 1 4 3;

 

k

 

 

 

1

 

 

3

i;

k

1

 

3

i;

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

3

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Находим

 

 

частные

 

 

решения

 

 

 

дифференциального

уравнения

 

 

 

x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

3

x; y e

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

ex ; y

2

cos

2

sin

 

x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

2

3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Составляем линейную комбинацию найденных решений . Общее решение будет иметь вид:

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

3

4. y C1ex e

 

x C3 sin

2

C2 cos

 

 

 

 

 

x .

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

40

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]