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

Конспект ТФКЗ

.pdf
Скачиваний:
105
Добавлен:
12.02.2016
Размер:
2.7 Mб
Скачать

Приклад 2. Знайти розв’язок задачі Коші

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x t 4x t 2sin2t

, x 0 1, x 0 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Маємо X p . . x t ,

x t . .

p2X p p,

2sin2t . .

 

4

 

 

 

. Запишемо

 

p2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

операторне рівняння

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X p p2 4

 

 

p

X p

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

p2 4

p2 4

p2 4 2

 

З

таблиць

інтегрального

 

перетворення

Лапласа

 

 

 

знаходимо, що

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . cos2t.

Щоб

зайти

 

оригінал

функції

 

 

 

 

 

, скористаємося

 

p2 4

 

p2

4 2

 

теоремою про згортку. Оскільки

 

 

 

 

2

 

 

. . sin2t, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . 0sin2 sin2 t d

 

 

 

 

 

 

 

 

p2 4 2

p2

4

 

p2

4

 

 

 

 

 

1 t

 

 

 

 

 

 

 

 

1 sin 4 2t

 

 

 

t

sin2t

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos 4 2t cos2t d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2t.

 

 

2

 

4

 

 

 

 

 

4

2

2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

Тоді

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin2t

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x t cos2t

 

cos2t.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 7. Застосування операційного числення до розв’язування систем лінійних диференціальних рівнянь зі сталими коефіцієнтами

Розглянемо задачу Коші для системи лінійних диференціальних рівнянь зі сталими коефіцієнтами

 

 

 

dx1 t

 

 

a

x

t a

 

x

2

t a

 

 

x

n

t f t ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

11 1

 

12

 

 

 

 

 

 

1n

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a21x1 t a22x2 t a2nxn t f2 t ,

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dxn t

a

x t a

n2

x

2

t a

nn

x

n

t f

n

t

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

n1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xk 0 xk0, k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,n

,

 

 

 

 

 

 

 

де xk t , k

 

– невідомі функції-оригінали,

fk t , k

 

 

1,n

1,n

Нехай X

 

p

. x

 

 

t ,

F

p

.

f

 

 

t ,

k

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

k

k

 

k

 

1,n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

k

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7.1)

(7.2)

– функції-оригінали.

131

Задача (7.1), (7.2) інтегрується операційними методами аналогічно, як і окремі рівняння. Відмінність полягає лише в тому, що замість одного операторного рівняння отримуємо лінійну систему операторних рівнянь.

Приклад. Знайти розв’язок системи диференціальних рівнянь

 

 

2t

x t 3x t 4y t 9e ,

 

 

2t

 

 

 

2x t y t 3y t 3e

 

 

 

 

 

за початкових умов x 0 2,

y 0 0.

 

 

 

 

Маємо X p . . x t ,

Y p . .

y t ,

x t . .

pX p 2,

y t . .

pY p ,

 

2t .

1

 

 

 

 

 

 

 

e

.

 

 

. Тоді

 

 

 

 

 

 

p 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2p 5

 

p 3 X p 4Y p

 

,

 

 

 

p 2

 

 

 

 

 

2X p y t p 3 Y p

3

 

 

 

 

 

 

p 2

 

 

 

 

 

2p 3

 

 

X p

 

 

 

,

 

 

p 1 p 2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

Y p

p 1 p 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розклавши знайдені зображення на прості дроби, отримаємо

X p

1

 

1

, Y p

1

 

1

.

 

 

 

 

 

p 1

p 2

p 1

p 2

З таблиць інтегрального перетворення Лапласа знаходимо розв’язки заданої системи диференціальних рівнянь

x t et e2t; y t et e2t .

132

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.Рудавський Ю.К., Костробій П.П., Уханська Д.В., Сало Т.М., Уханська О.М., Сорокатий М.І. Теорія функцій комплексної змінної. Інтегральні перетворення Фур’є і Лапласа: Навч. посібник. – Львів: Видавництво На-

ціонального університету “Львівська політехніка”, 2007. – 230 с.

2.Дасюк Я.І., Ільків В.С., Каленюк П.І., Костробій П.П. та ін. Функції комп-

лексної змінної. Перетворення Фур’є та Лапласа. – Львів: Видавництво ДУ “Львівська політехніка”, 1999. – 270 с.

3.Бернацка Ю.М. Елементи теорії функцій комплексної змінної: Навч. посібник. – К. : Вид. дім “Києво-Могилянська акад.”, 2008. – 143 с.

4.Гольберг А.А., Шеремета М.М., Заболоцький М.В., Скасків О.Б. Комплексний аналіз. – Львів: Афіша, 2002. – 204 с.

5.Костробій П.П., Уханська Д.В., Сало Т.М., Уханська О.М., Маркович Б.М. Елементи теорії функцій комплексної змінної. Перетворення Фур’є і Лапласа. Збірник задач і вправ: підручник. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2011. – 200 с.

6.Павлова Л.В., Редькіна О.І. Теорія аналітичних функцій. Збірник вправ. –

К.: Вища школа, 1980. – 216 с.

7.Свешников А.Г., Тихонов А.Н. Теория функций комплексного переменного. – М.: Наука, 1979.

8.Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного. – М.: Наука, 1987.

9.Привалов И.И. Введение в теорию функций комплексного переменного.–

М.: Наука, 1984.

10.Диткин В.А., Прудников А.П., Интегральные преобразования и операционное исчисление. – М.: Наука, 1974. – 542 с.

11.Бейтмен Г., Эрдейи А. Таблицы интегральных преобразований. Т. 1. Преобразования Фурье, Лапласа и Меллина. – М.: Наука, 1969. – 344 с.

12.Сборник задач по теории аналитических функций / Под ред. М.А.Евгра-

фова. – М.: Наука, 1972. – 387 с.

133