Метод неопределенных коэффициентов




 

Этот метод можно применять только к линейным уравнениям с постоянными коэффициентами и с правой частью специального вида:

,

где α, β – постоянные,

Pn (x), Qm (x) – многочлены степени n и m соответственно.

В этом случае в зависимости от конкретного вида правой части f (x) и корней характеристического уравнения частное решение y ч.н. следует искать в одной из следующих форм.

 

Сводная таблица видов частных решений

для различных видов правых частей

Правая часть дифференциального уравнения Корни характеристического уравнения Виды частного решения
    I     Pm (x) 1. Число 0 не является корнем характеристического уравнения
2. Число 0 – корень характеристического уравнения кратности s
    II     1. Число α не является корнем характеристического уравнения
2. Число α является корнем характеристического уравнения кратности s
    III     1. Числа не являются корнями характеристического уравнения
2. Числа являются корнями характеристического уравнения кратности s
    IV   1. Числа не являются корнями характеристического уравнения
2. Числа являются корнями характеристического уравнения кратности s

 

Первые три вида правых частей являются частными случаями IV вида.

В связи с ограниченным объемом рассмотрение уравнений более высоких порядков осталось за рамками данного пособия. Самостоятельно ознакомиться с данными видами уравнений можно, например, в пособии [5], указанного в списке литературы.

Примеры.

1. Найти общее решение уравнения

Решение. Заданное уравнение является линейным дифференциальным уравнением второго порядка с постоянными коэффициентами и с правой частью специального вида. Перепишем уравнение в виде .

Запишем соответствующее однородное уравнение:

Характеристическое уравнение , имеет корни .

Общее решение:

Правая часть имеет вид , где (совпадает с корнем характеристического уравнения), - многочлен первой степени, поэтому частное решение следует искать в виде

, тогда

.

Подставив , , в заданное уравнение и находим значение А, В методом неопределённых коэффициентов. (приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях x в левой и правой части уравнения)

тогда

Итак, по теореме

для нашего уравнения

2. Найти общее решение уравнения .

Решение. Запишем соответствующее однородное уравнение .

Тогда характеристическое уравнение имеет корни .

Общее решение:

Правая часть имеет вид:

, т.е.

- многочлен первой степени. Числа не являются корнями характеристического уравнения.

Частное решение ищем в виде:

Подставив в исходное уравнение и приравняв коэффициенты при одинаковых функциях (т.е. использовав метод неопределённых коэффициентов) получаем:

 

Частное решение:

Общее решение исходного уравнения:

.

Пример. Найти общее решение уравнения

.

Решение. Характеристическое уравнение имеет корни , а поэтому общим решением y о.о. соответствующего однородного уравнения будет

.

Для нахождения частного решения данного уравнения найдем частные решения двух уравнений

, (1)

(2)

Уравнение (1) имеет частное решение y 1 вида (см. табл. 1, случай II (1)). Подставляя выражение для y 1 в уравнение (1), найдем А =1, так что . Частное решение уравнения (2) ищем в виде (см. табл. 1, случай II (2)). Находим .

В силу принципа суперпозиции решений частное решение y ч.н. исходного уравнения будет равно сумме частных решений y 1 и y 2 уравнений (1) и (2)

.

Общее решение уравнения

.

 



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: 2017-04-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: