§3 Побудова загального розвязку у випадку, коли відомий один частинний розвязок
Існування загального розвязку рівняння Ріккаті випливає із теореми існування загального розвязку.
У відношенні побудови загального розвязку в квадратурах рівняння Ріккаті відрізняється серед нелінійних рівнянь загального виду тим, що знання одного частинного розвязку дає можливість знайти його загальний розвязок у квадратурах. Це випливає із наступної теореми.
Теорема. Якщо відомо один частинний розвязок рівняння Ріккаті, то повний розвзок отримується двома квадратурами.
Доведення. Дійсно, нехай у -- частинний розвязок рівняння Ріккаті (1), так що
? Р(х) у+Q(x) y. (14)
Зробимо у рівнянні (1) заміну шуканої функції, покладемо
, (15)
де z - нова шукана функція. Тоді будемо мати:
+. (16)
Беручи до уваги тотожність (14), отримаємо рівняння Бернуллі:
, (17)
для відшукання функції z, z=z(x).
Рівняння (17) заміною зводиться до лінійного рівняння
. (18)
Тоді рівняння Ріккаті у випадку, коли відомо його один частинний розвязок, інтегрується двома квадратурами. Теорему доведено.
На практиці потрібно одразу робити заміну
, (19)
яка приводить рівняння Ріккаті (1) відразу до лінійного рівняння (18).
Відмітимо два очевидні випадки, коли легко знаходиться частинний розвязок:
, ; (20)
, ; (21)
Приклад. Розглянемо рівняння
. (22)
Неважко переконатись, що -- частинний розвязок рівняння (22). Зробимо заміну
, ()
тоді отримаємо:
, ()
звідки
(23)
Тоді загальний розвязок рівняння (22) має вигляд
(24)
Зауваження. Із формули (19) видно, що на відміну від розвязку лінійного рівняння, розвязок рівняння Ріккаті може перетворюватись в нескінченність при кінцевому значенні х (тобто інтегральна крива може мати вертикальну асимптоту) навіть тоді, коли коефіцієнти P(x), Q(x) і R(x) задані і неперервні при всіх значеннях х.
- Дисципліна «Диференціальні рівняння»
- Лінійні рівняння першого порядку.
- Контрольні запитання
- Задача 4
- 7.3.1 Лінійні диференціальні рівняння першого порядку
- §7.Рівняння , які зводяться до лінійних . Рівняння Бернуллі та Ріккаті .
- Диференціальні рівняння вищих порядків.
- Запитання для самоконтролю:
- Диференціальні рівняння Рівняння і порядку