Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Математика_Семестр3_МетодПособие.pdf
Скачиваний:
154
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
1.75 Mб
Скачать

ПРИКЛАДНАЯ МАТЕМАТИКА

Е.А.КОГАН

ОБЫКНОВЕННЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ И ОПЕРАЦИОННОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ

Учебное пособие по дисциплине “математика” для студентов, обучающихся по специальности “Автомобиле-и тракторостроение”

Москва 2007

2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "МАМИ"

Кафедра “Прикладная и вычислительная математика"

Е.А. Коган

ОБЫКНОВЕННЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ И ОПЕРАЦИОННОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности

“Автомобиле-и тракторостроение”

Москва 2007

3

УДК 517.91 (095)

Р е ц е н з е н т ы:

Кафедра “Дифференциальные уравнения” Московского авиационного института (Государственного технического университета)

(зав.кафедрой – д-р физ.- мат. наук, проф. П.С.Красильников); д-р физ.- мат. наук, проф. Е.И.Шифрин (МАТИ – РГТУ им. К.Э.Циолковского)

Коган Е.А. Обыкновенные дифференциальные уравнения и операционное исчисление. Учебное пособие по дисциплине " математика" для студентов, обучающихся по специальности “Автомобиле- и тракторостроение”. -

М.: МАМИ, 2007. - 140 с.

Приведены краткие теоретические сведения по теории обыкновенных дифференциальных уравнений и по решению их операционным методом. Изложение материала сопровождается подробными решениями типовых задач. Приведены варианты расчетно–графических работ по обыкновенным диффе-ренциальным уравнениям и операционному исчислению. Пособие может быть использовано студентами в качестве руководства для самостоятельной работы и преподавателями для проведения практических занятий. - Библ. 18.

©Коган Е.А., 2007.

©Московский государственный технический университет "МАМИ"

2007

4

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее пособие является руководством к решению задач по обыкновенным дифференциальным уравнениям и операционному исчислению и содержит теоретические сведения в краткой справочной форме (без выводов и доказательств) в объеме, необходимом для понимания сути обсуждаемых методов решения дифференциальных уравнений, встречающихся в расчетнографических работах по упомянутым разделам курса. Строгое и подробное изложение теории дифференциальных уравнений и операционного исчисления содержится во многих учебниках и пособиях [1-15].

Изучение дифференциальных уравнений имеет важнейшее значение в математической подготовке инженера. Объясняется это тем, что дифференциальные уравнения представляют собой математические модели самых разнообразных процессов и явлений, так как их решения позволяют описать эволюцию изучаемого процесса, характер происходящих с материальной системой изменений в зависимости от первоначального состояния системы.

Вывод дифференциальных уравнений (или систем дифференциальных уравнений), описывающих то или иное явление, представляет собой отдельную самостоятельную задачу. Сложность ее состоит в том, что при выводе дифференциальных уравнений необходимо удовлетворить противоречивым требованиям. С одной стороны, построенная математическая модель должна быть адекватной рассматриваемому явлению. С другой стороны, получающиеся дифференциальные уравнения должны иметь по возможности простое решение. Это требует введения различных допущений физического характера, а следовательно, глубокого понимания сути рассматриваемого явления.

С выводом и применением дифференциальных уравнений (или их систем) к решению тех или иных прикладных задач студенты встречаются при изучении различных общеобразовательных и специальных курсов (физики, теоретической механики, сопротивления материалов, электротехники и др.). Предметом настоящего пособия является изучение аналитических методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений и их систем.

Пособие состоит из трех разделов.

Первый раздел посвящен обыкновенным дифференциальным уравнениям первого порядка. В нем даны краткие теоретические сведения и примеры

5

решения уравнений первого порядка различного типа, интегрируемых в квадратурах.

Во втором разделе рассмотрены точные и приближенные методы интегрирования дифференциальных уравнений n-го порядка с постоянными и переменными коэффициентами и системы дифференциальных уравнений. Подробно изложена методика применения степенных рядов к решению задачи Коши и краевой задачи для линейных дифференциальных уравнений.

Третий раздел посвящен операционному исчислению. В нем кратко изложены основные свойства преобразования Лапласа, методы прямого и обратного преобразований Лапласа, решение обыкновенных линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами операционным методом. Приведены примеры решения соответствующих задач.

В приложениях даны 30 вариантов расчетно - графических работ по обыкновенным дифференциальным уравнениям и операционному исчислению.