Теоретический материал к разделу
Решение типовых задач
Задача №1.Найти общий интеграл дифференциального уравнения
Решение: Данное уравнение перепишем в виде:
, далее это дифференциальное уравнение ( в дальнейшем ДУ) первого порядка с разделяющимися переменными, т.е.
или .
Ответ: - общий интеграл данного ДУ.
Задача №2. Найти общий интеграл дифференциального уравнения
Решение: Данное уравнение является ДУ первого порядка, однородным, т.к. его можно привести к виду и однородная функция нулевого измерения и, сделав замену переменных , привести к виду , далее вычисляя интеграл в левой части, найти ответ. У нас
; ;
. Окончательно:
Ответ: - общий интеграл ДУ.
Задача №3.Найти общий интеграл дифференциального уравнения .
Решение: Данное ДУ первого порядка, приводящиеся к однородному. Сделаем замену переменных
, выбераем при этом так, чтобы
а уравнение примет вид:
- однородное, первого порядка. Применим замену переменых
.
Из урвнений замены , подставляя в общий интеграл ДУ получим:
Ответ:
Задача №4. Найти решение задачи Коши , .
Решение: Данное ДУ является линейным неоднородным ДУ первого порядка. Решим его методом вариации произвольной постоянной. Сначала решим ДУ однородное, т.е. . Это всегда ДУ с разделяющимися переменными - общие решение однородного линейного ДУ. в таком виде будем искать общее решение неоднородного ДУ, где - неизвестная функция, Подставляем и у в исходное ДУ, будем иметь;
Найдем частное решение, используя начальные условия . Итак, задача Коши решена : найдено частное решение, ДУ, отвечающее начальному условию
Ответ:
Задача №5.Найти общее решение дифференциального уравнения
Решение: Перепишем данное ДУ в виде или - это линейное ДУ первого порядка, неоднородное относительно искомой функции , а – независимая переменная. Решим его методом вариации произвольной постоянной. Сначала решаем однородное уравнение
( постоянная величина) общее решение однородного уравнения. Общее решение неоднородного ищим в виде , . Подставим два последних выражения в неоднородное уравнение, получим:
Отдельно вычислим интеграл
Преобразуем так :
. Тогда
.Интегрируем далее по частям:
Получили уравнение относительно искомого интеграла
. Откуда
Итак, , преобразуем
Наконец, .
Следовательно, общее решение исходного ДУ будет иметь вид: или
Ответ :
Задача №6. Найти решение задачи Коши ,
Решение:Перепишем данное ДУ в виде это уравнение Бернулли. Решаем методом Бернулли:
Решим задачу Коши:
Ответ: - частное решение исходного ДУ, удовлетворяющего начальному условию
Задача №7.Найти общий итеграл дифференциального уравнения
Решение: Данное ДУ перепишем в виде
Проверим, является ли это ДУ в полных дифференциалах. У нас ; ; ; ; так как данное ДУ является ДУ первого порядка, в полных дифференциалах, т.е. имеет вид ,откуда общий интеграл исходного ДУ. Остается найти функцию , чей полный дифференциал стоит в левой части уравнения и , ;
с другой стороны, значит ,
. Наконец, – и общий интеграл имеет вид – , окончательно , .
Ответ: общий интеграл
Задача №8. Найти общее решение дифференциального уравнения
Решение: Данное ДУ второго порядка не содержит искомой функций , значит, замена переменных такова: , откуда уравнение принимает вид: или , т.е. становится ДУ I порядка линейным неоднородным, решаем его методом вариации произвольной постоянной. Сначала рассмотрим однородное уравнение:
всегда с разделяющимися переменными:
ищем общее решение неоднородного ДУ в таком же виде, только , т .е.
подставляя в неоднородное ДУ, получаем
Найдем , выделив сначала целую часть дроби =
получим . Тогда
Ответ: - общее решение исходного ДУ второго порядка.
Задача №9. Найти решение задачи Коши , ,
Решение: Данное ДУ II порядка не содержит x, значит, сделаем замену переменных так: , . Подставляя в исходное ДУ, т.е. получим , т.е. ДУ I порядка сразделяющимися переменными
и сразу найдем С1, используя начальное условие , .
Получим: . Итак ДУ I порядка c разделяющимися переменными: .
Найдем С2 , используя
Ответ: и являются решениями задачи Коши.
Задача №10.Найти общее решение дифференциального уравнения
Решение: Данное ДУ III порядка является линейным неоднородным с постоянными коэффициентами. Его общее решение имеет вид: . Сначала найдем – общее решение однородного уравнения, соответствующего данному: , его характеристическое уравнение имеет вид : или . Найдем корни этого уравнения: ,
Следовательно, частные решения однородного уравнения, имеют вид , , , а общее решение однородного уравнения . Т.к. правая часть неоднородного ДУ является многочленом второй степени, то и будем искать как многочлен второй степени с неопределенными коэффициентами , но надо еще учесть, что – простой корень характеристического уравнения, поэтому выражение нужно умножить на x. Итак, или
Ответ:
Задача №11.Найти общее решение дифференциального уравнения
Решение: Решаем данное дифференциальное уравнение III порядка линейное неоднородное с постоянными коэффициентами также, как и предыдущее.
Сначала имеет характеристическое уравнение , , , , умножение на x вызвано тем, что является простым корнем характеристического уравнения, и число 2 стоит множетелем при x в степени показательной функции . Значит
;
Ответ:
Задача №12.Найти общее решение дифференциального уравнения
Решение: Данное ДУ II порядка линейное неоднородное с постоянными коэффициентами решаем также как и две предыдущие задачи:
Уравнение имеет характеристическое уравнение - корень кратности два.
Задача №13.Найти общее решение дифференциального уравнения
Решение: Как и предыдущие три ДУ решаем это уравнение
– характеристическое уравнение. , , – его корни . А – многочлен нулевой степени, соответствующий многочлену, стоящему в левой части уравнения, умножен на x, т.к. – простой корень характеристического уравнения.
Ответ:
Задача №14. Найти решение задачи Коши ,
Решение: Данное ДУ решим методом вариации произвольных постоянных. Сначала решаем ДУ однородное: , его характеристическое уравнение , у нас , , значит, , ; Общее решение неоднородного уравнения ищется в том же виде, только и – искомые функции т.е Для нахождение и составим систему:
из и подставим в (2) системы, получим:
. Значит
Итак, или Найдем С1 и С2 из начальных условий
. Следовательно, решением задачи Коши будет частное решение вида
Ответ:
7 РЯДЫ
Теоретический материал к разделу
7.1.1 Числовые ряды
Определение 1.Для заданной бесконечной последовательности чисел выражение
, (1)
где числа - члены ряда, называется числовым рядом.
Обозначим и назовем частичными суммами ряда.
Определение 2. Если существует предел частичной суммы ряда то называется суммой ряда (1).
Определение 3. Ряд называется сходящимся, если - конечное число, иначе, т.е. если равен бесконечности или не существует, ряд называется расходящимся.
Очевидно, что отбрасывание конечного числа членов ряда не влияет на ее сходимость. Для сходящихся рядов