Дифференциальные уравнения первого порядка




 

Дифференциальным уравнением первого порядка называется уравнение вида или , где - неизвестная функция от . Иногда дифференциальное уравнение 1-го порядка записывают в дифференциалах: .

Решением дифференциального уравнения называется такая дифференцируемая функция , которая при подстановке в уравнение вместо неизвестной функции обращает его в тождество.

Общим решением дифференциального уравнения первого порядка в области называется функция , обладающая следующими свойствами:

1) она является решением данного уравнения при любых значениях произвольной постоянной ;

2) для любого начального условия при , т.е. , такого, что , существует единственное значение , при котором решение удовлетворяет заданному начальному условию.

Равенство , неявно задающее общее решение, называется общим интегралом дифференциального уравнения.

Частным решением дифференциального уравнения называется любая функция , которая получается из общего решения при конкретном значении . ( называется частным интегралом).

Задача, в которой требуется найти частное решение уравнения , удовлетворяющее начальному условию при (или ) называется начальной задачей или задачей Коши.

Построенный на плоскости график любого решения дифференциального уравнения называется интегральной кривой.

 

1.1 Дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными. Дифференциальное уравнение первого порядка называется уравнением с разделяющимися переменными, если оно может быть представлено в виде

или в виде

(1)

уравнение (1) преобразуют следующим образом:

Предполагая, что и , разделим уравнение (2) на . Получим уравнение, которое решается такое уравнение почленным интегрированием

.

Пример 1. Найти общее решение дифференциального уравнения ; построить несколько интегральных кривых; найти уравнение кривой, проходящей через точку с координатами (1,-3).

 

- это дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными вида (1). Преобразуем его:

тогда ;

, или .

Чтобы упростить данное выражение, запишем произвольную постоянную в виде :

(произвольная постоянная не изменится при делении или умножении на любое число, отличное от нуля).

Чтобы найти уравнение кривой, проходящей через точку (1;-3), найдем по начальным условиям при :

.

Уравнение кривой: . Это частное решение заданного уравнения.

 

1.2. Линейные дифференциальные уравнения первого порядка. Уравнение вида

(2)

где - заданные функции и , или после деления на и некоторого преобразования записанное в виде

, (3)

называется линейным дифференциальным уравнением 1-го порядка. Решение линейного уравнения 1-го порядка может быть получено с помощью подстановки:

; , где - неизвестные дифференцируемые функции.

Пример 2. Уравнение - линейное уравнение первого порядка вида (2), где . Введем подстановку (9). Подставляя вместо и соответствующие выражения, получим

Приравнивая выражение в скобках к нулю, получим уравнение:

, которое является уравнением 1-го порядка с разделяющимися переменными. Решим его:

- общее решение.

, , , , частное решение .

.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-03-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: