Уравнения с разделяющимися переменными

Такие уравнения приводятся к виду

Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . (4)

Для нахождения решения уравнения с разделяющимися переменными представим его в виде Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru и проинтегрируем: Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . Решение Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru является частным решением уравнения (4) и должно включаться в множество его решений.

Однородные дифференциальные уравнения

Функция Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru называется однородной степени Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , если для любого числа Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru имеет место тождество Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . Дифференциальное уравнение вида Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru называется однородным, если функции Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru и Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru являются однородными одной степени. Однородное дифференциальное уравнение интегрируется заменой переменных Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru .

Линейные дифференциальные уравнения

Такое уравнение может быть представлено в виде

Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . (5)

Его решение ищется в виде Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , тогда по формуле производной произведения Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . После подстановки выражения для Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru и Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru в (5) получим Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , откуда Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . Далее предполагается, что выражение в скобках принимает значение, равное нулю, и уравнение (5) сводится к паре дифференциальных уравнений с разделяющимися переменными вида Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru .

Уравнения в полных дифференциалах

Если для дифференциального уравнения вида Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru найдется функция Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , дифференциал которой совпадает с левой частью уравнения, т.е. Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , то уравнение Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru называют уравнением в полных дифференциалах. Тогда Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , а решение уравнения в неявном виде определяется как Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . При этом должно выполняться условие Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , т.е. равенство смешанных производных второго порядка. Для определения Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru вычисляют Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , откуда путем дифференцирования по Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru определяют Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . Поскольку выражение в левой части есть Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , то Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . Интегрируя полученное равенство по Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru получают Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , подстановка которого в Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru дает решение исходного уравнения.

Дифференциальные уравнения старших порядков

Дифференциальные уравнения второго порядка, допускающие понижение порядка

Общий вид ОДУ, разрешенного относительно старшей производной, имеет вид

Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . (6)

Его общее решение имеет вид Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru и содержит 2 независимые произвольные постоянные Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru и Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . В общем случае ОДУ II порядка не может быть решено в конечном виде.

1) ОДУ (6) не содержит аргумента x, т.е.имеет вид Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru или Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru .

В этом случае интегрирование производится путем замены переменной Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . Тогда Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . При подстановке получаем:

а) уравнение Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru принимает вид Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , т.е. сводится к ОДУ I порядка;

б) уравнение Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru принимает вид Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru или Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , т.е. представляет собой ОДУ I порядка с разделяющимися переменными;

в) уравнение Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru принимает вид Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , откуда Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , т.е. также получается ОДУ I порядка с разделяющимися переменными.

2) ОДУ (6) не зависит от y, т.е. имеет вид Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru . Тогда замена Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru приводит Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru к виду Уравнения с разделяющимися переменными - student2.ru , т.е. получается ОДУ I порядка.

Наши рекомендации