Условия существования интегрирующего множителя

Интегрирующий множитель Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru удовлетворяет дифференциальному уравнению:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Однако нет общего метода интегрирования такого уравнения. Рассмотрим частные случаи существования интегрирующих множителей вида: Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru и Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Теорема 1. Пусть в некоторой области D выполнены условия:

1) Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru непрерывны;

2) Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

3) Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru является функцией, зависящей только от переменной Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Тогда дифференциальное уравнение (1) имеет интегрирующий множитель, зависящий только от Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru и вычисляемый по формуле:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Теорема 2.Пусть в некоторой области D выполнены условия:

1) Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru непрерывны;

2) Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

3) Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru является функцией, зависящей только от переменной Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Тогда дифференциальное уравнение (1) имеет интегрирующий множитель, зависящий только от Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru и вычисляемый по формуле:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Примеры с решениями

Пример 1. Решить уравнение:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Решение. В данном примере

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

откуда получим:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Значит, данное уравнение в полных дифференциалах. Поэтому существует функция Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru для которой выполняется равенство:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Составим и решим систему уравнений:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Проинтегрируем по Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru первое уравнение, считая Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru постоянным:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru (*)

Определим функцию Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru используя второе уравнение системы:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

где Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru произвольная постоянная.

Подставим Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru в равенство (*):

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Таким образом, общим интегралом данного уравнения будет:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Ответ: Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Пример 2. Решить задачу Коши:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Решение. Проверим выполнение условия

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru и Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru .

Следовательно, заданное уравнение в полных дифференциалах. Составим систему уравнений относительно неизвестной функции Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru для которой выполняется равенство:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Тогда: Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru (**)

Найдем функцию Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru используя второе уравнение системы:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

где Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru произвольная постоянная.

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Подставим найденную Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru в (**):

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Таким образом, общий интеграл данного уравнения можно записать:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Найдем число Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru так, чтобы выполнялось условие: Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Следовательно, решение задачи Коши находится из общего решения при Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Ответ: Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Пример 3. Решить уравнение:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Решение. Проверим условие Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Следовательно, это уравнение не является уравнением в полных дифференциалах. Проверим выполнение условий теоремы 1 существования интегрирующего множителя Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Таким образом, интегрирующий множитель вида Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru существует и находится по формуле:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Умножим заданное уравнение на найденную функцию и получим уравнение в полных дифференциалах:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Поэтому существует Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru для которой

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru (***)

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

где Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru произвольная постоянная.

Подставим Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru в равенство (***):

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Тогда общий интеграл запишется в виде:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

При переходе от заданного уравнения к уравнению в полных дифференциалах было потеряно решение Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru (при делении на Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru ). Но оно входит в полученное семейство при Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Ответ: Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Пример 4. Решить уравнение:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Решение. Проверим условие Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Следовательно, это уравнение не является уравнением в полных дифференциалах. Проверим выполнение условий теоремы 2 существования интегрирующего множителя Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Таким образом, интегрирующий множитель вида Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru существует и находится по формуле:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Умножим заданное уравнение на Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru и решим полученное уравнение в полных дифференциалах:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Поэтому существует Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru для которой выполняется равенство:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru (****)

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

где Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru произвольная постоянная.

Подставим найденную функцию Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru в выражение (****):

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Тогда общий интеграл запишется в виде:

Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Следовательно, это общий интеграл заданного уравнения.

Ответ: Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Примеры

Решить ДУ или задачи Коши:

1. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

2. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

3. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

4. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

5. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

6. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

7. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

8. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

9. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

10. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

11. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

12. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

13. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

14. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

15. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

16. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

17. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

18. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

19. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

Ответы

1. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

2. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

3. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

4. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

5. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

6. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

7. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

8. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

9. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

10. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

11. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

12. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

13. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

14. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

15. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

16. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

17. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

18. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru

19. Условия существования интегрирующего множителя - student2.ru


Наши рекомендации