Однородные дифференциальные уравнения 1 порядка

Определение: Функция называется однородной порядка n, если

Пример: - однородная функция порядка n=2

Т.к

Определение: Однородная функция порядка 0 называется однородной.

Определение: Дифференциальное уравнение называется однородным, если - однородная функция, т.е

Заменим

Таким образом однородное дифференциальное уравнение может быть записано в виде:

С помощью замены , где t – функция переменной х, однородное дифференциальное уравнение сводится к уравнению с разделяющимися переменными.

Замена

- подставим в уравнение

Переменные разделены, проинтегрируем обе части уравнения

Сделаем обратную замену, подставив вместо , получим общее решение в неявном виде.

Пример:

Однородное дифференциальное уравнение может быть записано в дифференциальной форме.

M(x;y)dx+N(x;y)dy=0, где M(x;y) и N(x;y) – однородные функции одинакового порядка.

Разделим на dx и выразим

Пример:

1)

Линейные дифференциальные уравнения 1 порядка

Линейные дифференциальные уравнения это вида , где P(x), Q(x) – непрерывные функции.

и входят в уравнение линейно, т.е не перемножаются между собой.

С делаем замену:

Приравняем скобку к 0

подставим

- дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными.

константу интегрирования не прибавляем, т.к достаточно одного частного решения.

Выразим явно

Подставим в (*)

Выразим

Т.к , то проинтегрируем обе части последнего уравнения по х

Общее решение линейного уравнения:

- всегда получается в явном виде.

Пример:

1)

2 ) y(1)=2

Уравнения Бернулли

, где ;1

Решаются такие уравнения так же как и линейные

Замена

Явно

- дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными.

выразим явно u и найдём общее решение

Примеры:

1)

Дифференциальные уравнения высших порядков

Определение: Дифференциальное уравнение порядка n называется уравнение вида:

уравнение вида: – называется уравнением разрешенным относительно старшей производной. Для такого уравнения справедлива теорема Коши.

Теорема Коши.

Если функция в (*) непрерывна вместе с частными производными:

в области содержащей значения

, то существует единственное решение дифференциального уравнения удовлетворяющее начальным условиям:

Замечание: для дифференциальных уравнений 2 порядка

начальные условия имеют вид:

Решить дифференциальное уравнение порядка n означает:

1)Найти общее решение (общий интеграл)

2)Найти частное решение (частный интеграл), удовлетворяющее заданным условиям.

Определение: Общим решением дифференциального уравнения 2 порядка

является функция , такая что:

1) при любых значениях с₁ и с₂ эта функция – решение.

2) каковы бы ни были начальные условия на области, в которой выполняется теорема Коши всегда можно подобрать значения с₁ и с₂ удовлетворяющие начальным условиям.

Определение: Частным решением дифференциального уравнения 2 порядка является решение, при конкретных значениях с₁ и с₂.

Замечание: общее решение дифференциального уравнения 2 порядка может быть получено в неявном виде: