Замечание. Остальные случаи рассмотрены, к примеру, в книге И. Г. Петровского «Лекции по теории обыкновенных дифференциальных уравнений».
Пример 3.16. Решить систему дифференциальных уравнений
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx1 |
|
2x 2x , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx2 |
x1 |
3x2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
0, |
2 5 4 0, |
1, 4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение ищем в виде: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(а) |
|
|
x1(1) |
1(1)et , x2(1) |
|
2(1)et , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(б) |
|
|
|
x1( 2) 1( 2)e4t , x2( 2) 2( 2)e4t . |
|
|
|
|
|
Для (а) 1. Составим систему: |
|
|
2 |
|
|
0, |
|
|
|
|
1 |
|
|
(2 1) |
|
2 |
|
|
|
0; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1) |
|
|
|
(1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1) |
|
|
|
(1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
(1) |
|
|
(1) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 (1) (3 1) (1) 0 |
|
|
|
|
(1) |
2 |
(1) |
|
0, |
|
2 |
|
|
2 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть 1(1) |
|
1, тогда 2(1) |
1 |
|
|
. Значит, |
|
x1(1) |
et , x2(1) |
|
et |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для (б): 4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
(2) |
(2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
1(2) 2(2) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
(2) 0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть 1( 2) |
1, тогда 2( 2) 1. Значит, |
|
x1( 2) |
e4t , x2( 2) e4t . |
Таким образом, общее решение системы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 c1e |
t |
c2e |
4t |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
c1et c2e4t . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Найти общее решение системы дифференциальных уравнений методом исключений.
|
dx |
x 2 y , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
dy |
|
|
|
2x y. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
dx |
3x 2 y , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
dy |
|
|
2x y. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
dx |
|
x 3y , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
dy |
|
|
3x y. |
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
dx |
y t , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
dy |
|
t |
|
|
|
|
x e |
, |
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
dxdt
337. dy
dt
dxdt
339. dy
dt
x 0 1, y 0 0.
x y ,
5x y.
5x 4 y ,
4x 5 y.
Найти общее решение системы дифференциальных уравнений матричным методом.
|
dx |
3x 5 y , |
|
dx |
2x 3y , |
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
342. |
|
|
343. |
dt |
|
dy |
2x 8 y. |
dy |
6x y. |
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
dt |
|
dxdt
dy
dt
dxdt
dy
dt
dxdt
dy
dt
x 3y ,
3x y.
3x 2 y ,
2x y.
a 1 x y ,
x a 1 y.
dx x 2 y ,dt
345. dy x y.
dt
dx 3x y ,dt
347. dy x y.
dt
6x 12 y z ,
x 3y z ,
4x 12 y 3z.
dx |
y z , |
|
dx |
x y z , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
dt |
|
|
|
dy |
|
|
|
|
x y z , |
|
dy |
|
|
|
|
|
|
|
y 2z , |
|
|
|
|
|
|
|
350.* dt |
|
351.* |
dt |
|
dz |
y z. |
|
dz |
2 y z. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
dt |
|
ОТВЕТЫ
336.x t c1et c2e3t , y t c1et c2e3t .
337.x t c1 cos 2t c2 sin 2t ,
y t c1 2c2 cos 2t 2c1 c2 sin 2t .
Дополнительные задачи для самостоятельного решения
по разделу «Обыкновенные дифференциальные уравнения первого порядка»
|
1. |
Решить дифференциальные уравнения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
y |
|
|
|
|
ydx (1 x2 )dy 0 ; |
|
y e |
|
|
|
|
|
1.1. |
1.2. |
x |
; |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3. |
x2 y xy y2e y ; |
1.4. |
y(1 x2 ) y x(1 y2 ) 0 ; |
|
|
|
|
y |
y |
1 |
|
|
|
|
1.5. |
1.6. |
|
; |
|
|
y y 2x sec y ; |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.7.y 2ex cos x ;
1.8.x cos xy dy (x y cos xy )dx 0 ;
|
|
|
|
|
|
2x |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.9. |
y |
1 |
x2 |
; |
1.10. (x |
2xy)dx xydy 0 ; |
|
|
|
|
1.11. y tgx tgy ; |
|
xy ln( |
y |
) x y ln( |
y |
) |
|
|
1.12. |
x |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
1.13.y sin(x y) sin(x y) ;
1.14.ydx (2
xy x)dy 0 ;
1.15. exdx (1 ey ) ydy 0 ; |
1.16. (4 y2 x2 ) y xy ; |
1.17.y y ln y ;
1.18.xy sin( xy ) x y sin( xy ) ;
1.19. y |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1.20. xy y |
2 |
(2x |
2 |
xy) y ; |
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.21. x |
2 |
y |
|
y 0 ; |
|
|
|
xy) 0 ; |
|
|
|
1.22. x xy y ( y |
|
|
xy |
y ln( |
y |
) |
|
|
|
|
|
3 |
2 y ; |
|
1.23. |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
1.24. y x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dy |
|
xy |
|
|
1.26. xy y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
x2 y2 ; |
|
1.25. dx |
x2 y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.27. (x |
x) y 2y 1; |
1.28. y |
e |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2.Найти решение задачи Коши для дифференциального уравнения.
2.1.xy y ex 0, y(0) 1 ;
|
y ytgx |
|
|
1 |
|
|
, y(0) 0 ; |
2.2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos x |
|
|
|
|
|
xy 4y x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.3. |
|
|
y, y(1) 0 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
2xy |
|
|
|
4 y |
|
|
|
1 x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
arctgx, y(1) 128 ; |
2.4. |
y |
1 x2 |
|
2.5.y cos2 x y tgx, y(0) 0 ;
2.6.xy y x2 y2 , y(1) 1;
2.7.y ythx ch2 x, y(0) 0 ;
2.8.xy y y2 ln x, y(1) 1 ;
|
|
|
y |
|
e2 |
|
|
x ln x |
x ln x, y(e) 2 ; |
2.9. |
y |
2.10.(x 1) y y y2 (x 1), y(0) 1;
2.11.y sin x y cos x 1, y( 2 ) 0 ;
2.12.y 2y ex y2 , y(0) 1;
2.13.y ytgx cos x, y(0) 0 ;
2.14.y y xy2 , y(0) 1;
2.15.y 2xy 3x2 2x4 , y(0) 0 ;
2.16. y |
2 y |
|
|
2 y |
|
, y( ) |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
x |
|
cos |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.17. xy 2y 2x4 , y(1) 0 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sh2x |
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2.18. y shx ychx |
|
|
|
y |
|
, y(0) |
|
|
|
; |
|
2 |
|
sh1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.19. y y cos x esin x , y(0) 0 ; |
|
|
|
|
2.20. y ytgx y2 cos x 0, y(0) 1; |
|
2.21. y |
|
1 x |
, y(5) 1; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.22.y 1 yx2 1 x, y(0) `1;
2.23.(1 ex ) yy ey , y(0) 0 ;
y xy 2, y(1) 1.
2.24. x yy
3. Решить уравнение Бернулли.
3.1.y y y2 0 ;
x1
3.2.y ytgx y2 cos x 0 ;
3.3.xy 4 y x2 
y 0.
4.Проинтегрировать дифференциальные уравнения.
|
|
y |
|
y |
|
|
|
e2x |
4.2. y |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.1. |
1 e2x ; |
|
|
|
|
|
4.3. |
y y 2ex x2 ; |
|
|
|
|
|
|
4.4. |
y y |
4x2 |
1 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
2 y y sin x |
1 |
e |
x |
|
1 |
e |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.5. |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ex |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
4.6. |
y |
2 y |
y x |
; |
|
|
|
|
|
|
4.7. |
y |
4 y cos2 x |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.8. |
y y e2x 1 e2x ; |
|
|
|
|
|
y 2y 2x(cos x sin x)ex ; |
|
y y ctg |
x |
|
4.9. |
4.10. |
2 |
; |
|
|
|
|
|
4.11.y y ctgx ;
4.12.y 4y 4y (2x 3)sin x cos x ;
4.13. y y |
|
|
1 |
|
; |
|
|
|
|
4.14. y 2 y 4x2ex2 |
; |
sin x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.15. y 2y 5y xe x cos 2x x2 |
x 2 ; |
|
|
|
4.16. y y |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
4.17. y 4 y |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin 2x |
|
cos 2x |
cos 2x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.18. y 2 y y x2 |
x 3 2x cos x sin x ; |
|
|
|
4.19. y |
|
3y |
|
|
|
|
e 3x |
|
|
|
|
|
|
|
3 e 3x ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.20.y 3y 2 y 1 x ;
12e
4.21.y 5y 6y (x 2)e 3x x2 2x 3;
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
3 |
x2 |
4.22. y |
3y |
2 y |
|
x ; |
|
|
e |
4.23. y 2 y 4x e |
; |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
4.24. y 6y 10y (x 6)cos 3x (18x 6)sin 3x 2xe 3x cos x ;
4.25. y 2 y y e x .
x
Список литературы
1.Берман, Г.И. Сборник задач по курсу математического анализа: Решение типичных и трудных задач: Уч. Пособие. – 3-е изд., перераб. – СПб., изд-во «Лань», 2007. – 608 с.
2.Интеграл. Основы линейной алгебры. Функции многих переменных. Обыкновенные дифференциальные уравнения: задачи для практических занятий и самостоятельной работы / Рязан. гос. радиотехн. ун-т; сост.: А.В. Дубовиков и др., –
Рязань, 2009. – 60 c.
3.Интегральное исчисление. Методические указания и задания для студентов всех специальностей и направлений (заочное обучение) / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост.: Н.А. Ахметова, А.Я. Гильмутдинова, А.И. Гилемьянов. – Уфа, 2003. – 90 с.
4.Дифференциальное и интегральное исчисления для ВТУЗов. Том второй / Н.И. Пискунов // Учебное пособие. Москва: «Интеграл-Пресс», 2007. – 544 с.
Учебное издание
ГЛУШКОВА Лариса Михайловна ВОДОПЬЯНОВ Владимир Владимирович
ПРАКТИКУМ ПО МАТЕМАТИКЕ
Редактор Соколова О. А.
Подписано в печать13.12.2011 Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman.
Усл. печ. л. 7,3. Уч.-изд. л. 7,2. Тираж 100 экз. Заказ №
ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»
Редакционно-издательский комплекс УГАТУ 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12
120