Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
МАТЕМАТИКА В ПРИМЕРАХ И ЗАДАЧАХ / Часть 4 / 22. Дифференциальные уравнения.doc
Скачиваний:
87
Добавлен:
24.02.2016
Размер:
4.63 Mб
Скачать

I уровень

1.1.Решите уравнение:

1) 2) 3) 4)

1.2.Решите задачу Коши:

1) 2)

3) 4)

II уровень

2.1.Решите уравнение:

1) 2)

3) 4)

2.2.Решите задачу Коши:

1)

2)

3)

4)

III уровень

3.1.Составьте уравнение кривойпроходящей через точкуA(aa) и обладающей свойством: если в любой точкеN(xy) кривой с ординатой, равной |BN| (рис. 22.2) провести касательную до пересечения с осью ординат в точкеС, то площадь трапецииOCNBбудет постоянной и равна

Рис. 22.2

3.2.Составьте уравнение кривойпроходящей через точкуи обладающей свойством: середина отрезка ее нормали, заключенного между любой точкой кривой и осью абсцисс, лежит на параболе

22.4. Уравнения в полных дифференциалах

Уравнение вида

(22.33)

называется уравнением в полных дифференциалах, если его левая часть есть полный дифференциал некоторой функциит. е.

(22.34)

Тогда уравнение (22.33) равносильно уравнению общий интеграл которого определяется формулой

(22.35)

где С– произвольная постоянная.

Для того чтобы дифференциальное уравнение (22.33) было уравнением в полных дифференциалах, необходимоидостаточно, чтобы выполнялось тождество

(22.36)

при условии, что и– непрерывны.

При решении уравнения (22.33) следует сделать следующее:

1) проверить выполнение равенства (22.36);

2) если равенство (22.36) выполняется, следует определить функцию из системы уравнений

(22.37)

3) общий интеграл уравнения (22.33) получают в виде (22.35).

Пример 1. Решить дифференциальное уравнение:

1) 2)

Решение. 1) Это уравнение вида (22.33), где Проверим выполнение условия (22.36):

Значит, заданное уравнение – в полных дифференциалах. Определим функцию u(xy) из системы уравнений (22.37)

(22.38)

Интегрируем первое уравнение по x, считая y постоянной величиной:

(22.39)

где в качестве произвольной постоянной относительно переменной x выступает функция которую нужно найти. Для этого функцию (22.39) дифференцируем поy:

Правую часть полученного равенства приравниваем к правой части второго уравнения системы (22.38):

откуда получаем

Интегрируем последнее равенство:

где

Подставляем найденную функцию C(y) в (22.39):

Согласно формуле (22.35), получаем:

где т. е.

–общий интеграл заданного дифференциального уравнения.

2) В заданном примере имеем Значит, это уравнение в полных дифференциалах. Найдем функциюu(xy) из системы уравнений

(22.40)

Интегрируем первое уравнение системы:

т. е.

где C(y) – функция от y, которую надо найти. Дифференцируем последнее равенство по y:

Используя полученное равенство и второе равенство системы (22.40), приравниваем их правые части:

или

Интегрированием получаем далее

где

Тогда

Общий интеграл заданного дифференциального уравнения:

Пример 2. Решить задачу Коши:

1)

2)

Решение. 1) В заданном примере Значит, это уравнение в полных дифференциалах. Найдем функцию u(xy) из системы уравнений

(22.41)

Интегрируем первое уравнение системы:

Получаем:

где C(y) – функция от y, которую надо найти. Дифференцируем последнее равенство по y:

Используем полученное равенство и второе равенство системы (22.41), приравниваем их правые части:

или

Интегрированием получаем:

где

Тогда общий интеграл заданного дифференциального уравнения имеет вид:

где

Используем начальное условие и находим константуC:

или

Поэтому решением задачи Коши является

2) Проверяем условие (22.36): значит, заданное дифференциальное уравнение является уравнением в полных дифференциалах. Находим функциюu(xy) из системы уравнений

(22.42)

Интегрируем первое уравнение системы:

Получаем:

где C(y) – неизвестная функция от y, которую надо найти. Дифференцируем последнее равенство по y:

Используя полученное равенство и второе равенство системы (22.42), приравниваем правые части:

или

Интегрированием получаем:

где

Тогда общий интеграл заданного дифференциального уравнения имеет вид:

где

Используя начальное условие находим константуС:

или

Тогда решением задачи Коши является:

или

Задания