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

Практикум_по_математике(2семестр)

.pdf
Скачиваний:
1521
Добавлен:
18.03.2015
Размер:
2.08 Mб
Скачать

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

111

Найти общее решение системы дифференциальных уравнений методом исключений.

336.

338.

340.

341.*

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

 

112

344.

346.

348.*

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

dx

dt

dy

349.*

dtdz

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 .

113

 

x t

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

, y t c1et c2tet .

 

 

 

 

338.

c1

2

 

et

c2tet

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

339.

x t c et c e9t

,

y

t

c et c e9t .

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

340.

x t

et c

cos3t c

sin 3t , y t et

c sin 3t c

cos3t .

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

341.

x t

 

1

3et

5e t

1

tet 1, y t

5

 

et e t

 

1

tet t .

4

2

4

 

2

 

x t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

342.

c e 7t

 

 

5c e2t

,

 

y t 2c e 7t

 

c e2t .

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

343.

x t

c e 4t

 

c e5t

,

y

t

2c e 4t

c e5t .

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

344.

x t

et c

cos3t c

sin 3t , y t et

c sin 3t c

cos3t .

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

345.

x t 2c1 cost 2c2 sin t ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y t c1

c2 cost c1

c2 sin t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x t

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

, y t c1et c2tet .

 

 

 

 

346.

c1

 

2

 

et

c2tet

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

y t

 

 

 

t 1 e2t .

 

 

 

347.

x t

c e2t c te2t

,

c e2t c

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

348.

x t

eat c t c ,

y t eat c t c

 

c .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

1

2

 

1

 

 

 

 

349.* x t 2c et

 

 

7c e2t

3ñ e3t ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y t c et 3c e2t

 

c e3t ,

z t 2c et

8c e2t 3c e3t .

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

3

 

 

 

350.* x t

2c c et ñ tet ,

y t c

c tet ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

3

 

 

 

1

 

 

 

3

 

 

 

 

z t c c et

c tet .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

351.* x t c

5c et cos 2t 5ñ et sin 2t ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y t c et

cos 2t sin 2t

c et 3cos 2t sin 2t ,

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z t c et

3cos 2t sin 2t c et cos 2t 3sin 2t .

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

114

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 (2xy 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

115

 

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 ;

116

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 ;

 

 

 

 

ex

ex 1 ;

117

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

118

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.

119

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