- •Дифференциальные уравнения Лекция 19. Дифференциальные уравнения первого порядка
- •Пусть дано дифференциальное уравнение первого порядка
- •Это уравнение называется уравнением с разделяющимися переменными. Разделим почленно на :
- •Можно показать, что функции и- линейно независимы. Поэтому общее решение уравнения (3) имеет вид
- •При введенных обозначениях уравнение (1) можно записать
- •Лекция 22. Дифференциальные уравнения с частными производными. Основные понятия. Линейные уравнения n-го порядка с частными производными первого порядка.
Лекция 22. Дифференциальные уравнения с частными производными. Основные понятия. Линейные уравнения n-го порядка с частными производными первого порядка.
Дифференциальным уравнением с частным производным называется равенство, связывающее неизвестную функцию от нескольких переменных, эти переменные и частные производные от неизвестной функции по независимым переменным.
Порядком дифференциального уравнения с частными производными называется порядок старшей частной производной, входящей в это уравнение.
Например, если u=u(x,y), то в общем случае дифференциальное уравнение с частными производными первого порядка имеет вид
(1)
второго порядка
(2)
где F– известная функция.
Решением уравнений (1), (2) называется всякая функция u=(x,y), обращающая эти уравнения в тождество.
Как известно общие решения обыкновенных дифференциальных уравнений содержат произвольные постоянные. Для дифференциальных уравнений с частными переменными их общее решения включают произвольные функции.
Примеры.
Найти функцию z=z(x,y) удовлетворяющую функцию:
![]()
интегрируя получим
,z=x+(y),где(y)– произвольная функция.
2)
,
гдеz=z(x,y).
Дважды интегрируя поуполучаем
,
где(х) и(х)–
произвольные функции.
3)
интегрируя пох:
.
Проинтегрируем по у:
или
,
где![]()
Дифференциальное уравнение с частными производными называется линейным, если оно линейно относительно неизвестной функции и всех ее частных производных.
Первого порядка:
(3),
где X,Y, иZz - функцииy,x, и z
Для его решения составляем систему обыкновенных дифференциальных уравнений:
(4)
Иногда систему дифференциальных уравнений удается свести к одному уравнению, содержащему одну неизвестную функцию. Это может быть достигнуто дифференцированием одного из уравнений системы и исключением всех неизвестных, кроме одного (метод исключения). В некоторых случаях, комбинируя уравнения системы после несложных преобразований удается получить легко интегрируемые уравнения (метод интегрируемых комбинаций), что позволяет найти решение системы. Пусть решения системы (4) определяются равенством
![]()
Тогда общее решение уравнения (3) имеет вид
,
где
- произвольная непрерывно дифференцируемая
функция.
Пример.
![]()
Рассмотрим систему:
![]()

Тогда общее решение
или
,
где- произвольная
функция.
Для физических приложений особый интерес представляют линейно дифференциальные уравнения с частными производными второго порядка. Важнейшие из них:
волновое уравнение
- встречается при изучении колебательных
процессов.Уравнение теплопроводности
- описывает процессы распространения
тепла.Уравнение Лапласа
- приводят задачи об электрических
магнитных полях, о стационарном и
тепловом состоянии задач гидродинамики,
диффузий.
