Конспект ТФКЗ
.pdfПриклад 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
