МЕТОД ИСКЛЮЧЕНИЯ
Пример.
Решить задачу Коши для системы дифференциальных уравнений:
Решение: Дифференцируя второе уравнение, имеем:
Чтобы исключить из полученного уравнения и
заменим в нем
и
их значениями из данной системы. Получим:
, откуда;
; запишем
, то есть (
, откуда
, тогда
.
Для нахождения воспользуемся вторым из уравнений системы и найденным значением . Имеем:
откуда . Следовательно, общим решение данной системы будет:
Решим теперь поставленную задачу Коши. Подставляя в общее решение вместо их начальные значения
, имеем:
откуда , так что искомым частным решение будет:
НАХОЖДЕНИЕ ИНТЕГРИРУЕМЫХ КОМБИНАЦИЙ
Интегрируемые комбинации – легко интегрируемые дифференциальные уравнения, полученные из данной системы, путём несложных преобразований. Построение интегрируемых комбинаций позволяет находить первые интегралы системы и понижать порядок этой системы. В целом, если для системы, состоящей из уравнений, найдено
независимых первых интегралов, то тем самым найден общий интеграл этой системы, и её интегрирование окончено.
Пример. Решить СДУ:
Для нахождения интегрируемых комбинаций данной системы перепишем ее в симметричной форме:
Умножим все знаменатели на
Одной из интегрируемых комбинаций будет
Для получения второй интегрируемой комбинации вычтем в системе в симметричной форме из числителя и знаменателя первой дроби, соответственно числитель и знаменатель второй дроби. Эта операция в данном случае осмыслена, так как равносильно вычитанию из первого уравнения исходной системы её второго уравнения.
Отсюда находим второй первый интеграл:
Общее решение имеет вид
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ ИНТЕГРИРОВАНИЕ
Пример.
Решение: Первое уравнение решается независимо от второго. Разделяя в нём переменные и интегрируя, получим: . Подставляя найденное значение
во второе уравнение, получим
, откуда
.
Общее решение:
.
СВЕДЕНИЕ К ОДНОМУ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОМУ УРАВНЕНИЮ
Пример.
Решение: Дифференцируя обе части первого из данных уравнений имеем:
Из второго уравнения находим , следовательно:
Общее решение этого уравнения есть
Из первого уравнения системы находим
Окончательно, общее решение системы уравнений:
СИСТЕМЫУРАВНЕНИЙ В СИММЕТРИЧНОЙ ФОРМЕ
Пример 1. Решить систему дифференциальных уравнений
Решение: Из уравнения находим один из интегралов данной системы
. Найдём ещё один интеграл, образовав интегрируемую комбинацию:
Имеем . Общее решение:
.
Пример 2. Решить систему дифференциальных уравнений
с начальным условием =1, z(0)=2.
Решение. Имеем систему линейных дифференциальных уравнений. Вид её несимметричный, однако начальные условия дают основания проверить предположение, что искомые функции связаны соотношением . Проверим это предположение, исключая искомую функцию
из системы подстановкой вместо неё функции
. Оба уравнения системы при этом принимают вид
, частное решение этого уравнения с учётом начального условия имеет вид
. Одновременно найдена и другая искомая функция
.