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

2 курс / Дифференциальные уравнения / Эльсгольц Л.Э. - Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление

.pdf
Скачиваний:
521
Добавлен:
21.05.2015
Размер:
6.09 Mб
Скачать

Л.Э.Эльсгольц

 

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ И ВАРИАЦИОННОЕ

 

ИСЧИСЛЕНИЕ

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

От редакторов серии

8

ЧАСТЬ I

8

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ

 

Введение

9

Глава 1. Дифференциальные уравнения первого порядка

15

§ 1. Уравнения первого порядка, разрешенные относительно производной

15

§ 2. Уравнения с разделяющимися переменными

19

§ 3. Уравнения, приводящиеся к уравнениям с разделяющимися

24

переменными

 

§ 4. Линейные уравнения первого порядка

27

§ 5. Уравнения в полных дифференциалах

32

§ 6. Теоремы существования и единственности решения уравнения

39

dy/dx=f(x,y)

 

§ 7. Приближенные методы интегрирования уравнений первого порядка

61

§ 8. Простейшие типы уравнений, не разрешенных относительно

68

производной

 

§ 9. Теорема существования и единственности для дифференциальных

75

уравнений, не разрешенных относительно производной. Особые

 

решения

 

Задачи к главе 1

82

Глава 2. Дифференциальные уравнения порядка выше первого

85

§ 1. Теорема существования и единственности для дифференциального

85

уравнения п-го порядка

 

§ 2. Простейшие случаи понижения порядка

87

§ 3. Линейные дифференциальные уравнения n-го порядка

93

§ 4. Линейные однородные уравнения с постоянными коэффициентами и

107

уравнения Эйлера

 

§ 5. Линейные неоднородные уравнения

113

§ 6. Линейные неоднородные уравнения с постоянными коэффициентами

124

и уравнения Эйлера

 

§ 7. Интегрирование дифференциальных уравнений при помощи рядов

137

§ 8. Метод малого параметра и его применение в теории квазилинейных

147

колебаний

 

§ 9. Понятие о краевых задачах

159

Задачи к главе 2

165

Глава 3. Системы дифференциальных уравнений

168

§ 1. Общие понятия

168

§ 2. Интегрирование системы дифференциальных уравнений путем

171

сведения к одному уравнению более высокого порядка

 

§ 3. Нахождение интегрируемых комбинаций

178

§ 4. Системы линейных дифференциальных уравнений

181

§ 5. Системы линейных дифференциальных уравнений с постоянными

192

коэффициентами

 

§ 6. Приближенные методы интегрирования систем дифференциальных

199

уравнений и уравнений n-го порядка

 

Задачи к главе 3

201

Глава 4. Теория устойчивости

203

§ 1. Основные понятия

203

§ 2. Простейшие типы точек покоя

206

§ 3. Второй метод А. М. Ляпунова

215

§ 4. Исследование на устойчивость по первому приближению

221

§ 5. Признаки отрицательности действительных частей всех корней

227

многочлена

 

§ 6. Случай малого коэффициента при производной высшего порядка

230

§ 7. Устойчивость при постоянно действующих возмущениях

234

Задачи к главе 4

238

Глава 5. Уравнения в частных производных первого порядка

241

§ 1. Основные понятия

241

§ 2. Линейные и квазилинейные уравнения в частных производных

243

первого порядка

 

§ 3. Уравнения Пфаффа

255

§ 4. Нелинейные уравнения первого порядка

260

Задачи к главе 5

278

ЧАСТЬ II

 

ВАРИАЦИОННОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ

 

Введение

280

Глава 6. Метод вариаций в задачах с неподвижными границами

284

§ 1. Вариация и ее свойства

284

§ 2. Уравнение Эйлера

292

x1

305

§ 3. Функционалы вида F(x, y1, y2 ,..., yn , y'1 , y'2 ,..., y'n )dx

 

x0

 

§ 4. Функционалы, зависящие от производных более высокого порядка

308

§ 5. Функционалы, зависящие от функций нескольких независимых

312

переменных

 

§ 6. Вариационные задачи в параметрической форме

317

§ 7. Некоторые приложения

320

Задачи к главе 6

324

Глава 7. Вариационные задачи с подвижными границами и некоторые

327

другие задачи

 

§ 1. Простейшая задача с подвижными границами

327

§ 2. Задача с подвижными границами для функционалов вида

334

x1 F(x, y, z, y', z' )dx

x0

§ 3. Экстремали с угловыми точками

 

338

§ 4. Односторонние вариации

 

346

Задача к главе 7

 

349

Глава 8. Достаточные условия экстремума

 

351

§ 1. Поле экстремалей

 

351

§ 2. Функция E(x, y, p, y')

 

357

§ 3. Преобразование уравнений Эйлера к каноническому виду

368

Задачи к главе 8

 

373

Глава 9. Вариационные задачи на условный экстремум

375

§ 1. Связи вида ϕ(x, y1ь y2,..., yn)=0

 

375

§ 2. Связи вида ϕ(x, y1ь y2,..., yn, y'1ь y'2,..., y'n)=0

382

§ 3. Изопериметрические задачи

 

385

Задачи к главе 9

 

393

Глава 10. Прямые методы в вариационных задачах

394

§ 1. Прямые методы

 

394

§ 2. Конечно-разностный метод Эйлера

 

395

§ 3. Метод Ритца

 

397

§ 4. Метод Канторовича

 

406

Задачи к главе 10

 

412

Ответы и указания к задачам

 

414

Рекомендуемая литература

 

421

Предметный указатель

 

422

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

 

Асимптотически устойчивое решение

327—350

 

204

Вариационное исчисление 281

 

Бернулли уравнение 30

— —, основная лемма 295

 

Бесселя уравнение 139

Вариационный принцип 281, 320

— функции 141—143

Вариация 284, 288, 289, 309, 313

 

Бигармоническое уравнение 317

Вейерштрасса функция 359

 

Близость кривых 285, 286

Векторная линия 245

 

Брахистохрона 281, 304, 332, 364

— поверхность 244

 

Вариации постоянной метод 28

Взаимности принцип 388

 

Вариационная задача 281

Влияния функция 123, 161 — 165

— — в параметрической форме

Вронского определитель 97, 185

 

317—320

Галеркина метод 410

 

— — на условный экстремум 375—

Гамильтона — Якоби уравнение 370

393

Гамма-функция 140

 

— —, прямые методы решения 394—

Геодезическая линия 282, 381

 

413

Голономные связи 382

 

— — с подвижными границами

Граничная задача 13, 159

 

Грина функция 161 — 165 Гурвица теорема 227 Дикритический узел 211 Динамическая система 170 Дирихле задача 315 Дифференциальное уравнение 9

— Бернулли 30

— Бесселя 139

— в полных дифференциалах 32 Дифференциальное уравнение в

частных производных 10

— — — — первого порядка 241— 279

— высшего порядка 85—167

—, интеграл 20

—интегрирование 10

—,— с помощью рядов 137—146

— Клеро 73

— Лагранжа 73

— линейное высшего порядка

93—106, 113—124

— — неоднородное с постоянными коэффициентами

124—136

— — однородное с постоянными коэффициентами 107—110

— — первого порядка 27

—, фундаментальная система решений 100

—, не решенное относительно производной 68

—, общее решение 15, 86

—, общий интеграл 20, 32

— обыкновенное 10

— однородное 25

—, операторный метод решения

129—136

—, особое решение 57, 78

—, периодические решения 143— 146

—, порядок 10

— Пфаффа 255

—, решение 10, 169

— Риккати 31

— с разделенными переменными

19

— с разделяющимися переменными 21

—, теорема существования и единственности решения 39— 61, 75— 82, 85—87

— Эйлера 110—113, 136

Изоклины 17 Изопериметрическая задача 282, 317,

385

Изопериметрические условия 282,386 Интеграл дифференциального

уравнения 20

первый 89, 179

полный 261

Интегральная кривая 16, 169

— — особая 78 —- поверхность 261, 268

Интегрируемая комбинация 178 Интегрирующий множитель 35 Канторовича метод 406—412 Квазилинейное уравнение в частных производных 243 Клеро уравнение 73 Ковалевской теорема 242 Коши задача 13

метод 121, 268

Краевая задача 13, 159 Лагранжа уравнение 73 Лагранжа — Шарли метод 264 Лагранжиан 324 Лапласа уравнение 315 Лежандра условие 362

Линейная зависимость 96, 185

система дифференциальных уравнений 181—192

— — — с постоянными коэффициентами 192—199

Линейное дифференциальное уравнение 27

— — — в частных производных

неоднородное 243

— — — — — однородное 243

— — высших порядков 93—106, 113—124

— — с постоянными коэффициентами 107—110, 124—136

—, фундаментальная система

решений 100 Линейный дифференциальный

оператор 94—183

функционал 287 Липшица условие 40 Ляпунова второй метод 215

теорема 215, 217

функция 215

Максимум функционала 289

— сильный 290

— слабый 290

— строгий 289 Малкина теорема 235

Малого параметра метод 147—158 Метрическое пространство 48 Минимум функционала 289 Минимум функционала сильный 290

— слабый 290

Наклон поля 351 Наложения принцип 114, 189 Начальная задача 13 Неголономные связи 382

Непрерывный функционал 285, 286 Неустойчивое решение 204 Неустойчивый предельный цикл 226

узел 208, 211

фокус 209

Общее решение дифференциального уравнения 15, 86

Общий интеграл дифференциального уравнения 20

Обыкновенное дифференциальное уравнение 10

Огибающая 74 Оператор линейный

дифференциальный 94, 183 Операторный метод решения

дифференциальных уравнений

129—136

многочлен 129 Определитель Вронского 97, 185 Оптимальная функция 391 Оптимальное управление 391 Особая интегральная кривая 78

точка 57

Особое решение дифференциального уравнения 57, 78

Остроградского уравнение 314 Остроградского — Гамильтона

принцип 320 Остроградского — Лиувилля

формула 106 Первого приближения система

уравнений 221 Первый интеграл 89, 179

Периодические решения дифференциального уравнения

143—146

Периодичности условия 157 Плотность функции Лагранжа 324 Покоя точка 171, 205 Поле собственное 351

центральное 351

экстремалей 352

Полная интегрируемость уравнения Пфаффа 256 Полное пространство 48 Полный интеграл 261

Полуустойчивый предельный цикл

226

Порядок дифференциального уравнения 10

Последовательных приближений метод 199

Предельный цикл 23, 226

— неустойчивый 226

— полуустойчивый 226

— устойчивый 226

Пространство метрическое 48

полное 48

равномерной сходимости 50

фазовое 12, 170

Прямые методы в вариационном исчислении 394—413

Пуассона уравнение 315 Пфаффа уравнение 255 Равномерной сходимости пространство 50

Расстояние 48 Резонанс 145, 152 Риккати уравнение 31 Ритца метод 397—406 Рунге метод 64, 201 Связи голономные 382

неголономные 382 Связный экстремум 282

Седло 59, 208

Сжатых отображений принцип 48 Сильный экстремум 290, 360 Системы дифференциальных

уравнений 168—202

линейных дифференциальных уравнений 181—192

— — — с постоянными

коэффициентами 192—199 Слабый экстремум 290, 359, 360 Собственное поле 351 Специальные решения 253 Стационарного действия принцип

320

Строгий экстремум 290 Суперпозиции принцип 114, 189 Трансверсальности условие 331, 336 Узел 58

дикритический 211

неустойчивый 208, 211 —- устойчивый 207, 211 Управление оптимальное 391 Управляющая функция 391

Уравнения в частных производных

10

— — — — первого порядка 241 — 279

Уравнивание 61 Условный экстремум 282, 375—393

Устойчивое' решение (по Ляпунову) 204

— — по отношению к постоянно действующим возмущениям

236

Устойчивый предельный цикл 222

узел 207, 211

фокус 209

Фазовая траектория 170 Фазовое пространство 12, 170 Фокус 59

неустойчивый 209

устойчивый 209 Фундаментальная система решений

100

Функционал 280, 284

линейный 287

непрерывный 285, 286 Характеристик метод 268

Характеристики 245, 248, 254, 268, 269, 273

Характеристическая полоса 269, 273 Характеристическое уравнение 107,

194 Центр 59, 210

Центральное поле 351 Цикл предельный 23, 226 Четаева теорема 218 Штермера метод 62, 200

Эйлера дифференциальное уравнение

110—113, 136

конечно-разностный метод 395— 397

ломаная 13, 40

метод 39, 61, 199

уравнение (в вариационном исчислении) 297, 306, 368, 377

Эйлера — Пуассона уравнение 310 Экстремаль 297, 310

Экстремум связаный 282

— — слабый 290, 359, 360

— условный 282, 375—393

Якоби первый метод 277

— функционала 290

— уравнение 356

— — сильный 290, 360

— условие 355