Линейные однородные системы
Линейные однородные системы решаются четырьмя методами.
1)Сведения линейных однородных систем к одному или нескольким дифференциальным уравнениям первого порядка
Достоинство:
Простота окончательного решения.
Недостаток:
Долго
2)Разделение на подблоки заменой переменных.
Пусть x=SУ , где S – матрица detS , У-новый вектор =>
=S => S
новая система
новая матрица
Какой бы ни была матрица А линейной однородной системы всегда можно подобрать такую матрицу S что матрица новой системы будет иметь блочную структуру.
Жорданова Жордановы
форма клетки
Жордановы клетки:
1)
2) – кратные вещественные
3) комплексные не кратные
4) кратная комплексная
После преобразования матрицы к Жордановой форме система распадается на маленькие независимые подсистемы.
Каждая независимая подсистема может быть решена, например сведением к одному уравнению, окончательный ответ х=SУ.
Достоинство:
Простота окончательного решения.
Недостаток:
Долгий алгоритм нахождения матрицы перехода – матрицы S.
3)Решение через матричную экспоненту.
Матричная экспонента – называется матрица формально определяемая сходящимся матричным рядом:
Пусть дана линейная однородная система фундаментальной матричной системой (ФМС ЛОС) называется матрица столбцами, которой является n- линейно независимых решений системы, где n- размерность системы.
Ф(t)- (ФМС)=(
Определитель ФМС называется вронскианом системы:
detФ(t)=W(t)
Теорема:
1)Ф(t)- ФМС ЛОС=> - общее решение ЛОС
2) Если Ф0(t)-нормированная ФМС , то - частное решение – решение задачи Коши.
3)Для любого ЛОС Ф(t)=
4)Для любого ЛОС Ф0(t)= - нормированная ФМС
Достоинство:
Простота окончательных форм.
Недостаток:
Сложность при вычислении матричной экспоненты.
4)Решение ЛОС операторным методом:
Переход от вещественных функций к комплексным, при этом СДУ переходит в алгебраический.
Достоинство:
Простота.
Недостаток: Необходимо чтобы все решения начинались в один момент времени.
§23
Линейные неоднородные системы
; частное решение ЛНС
общее решение ЛОС
Методы решения:
1)Сведение к одному уравнению (громоздко)
2)Метод Лагранжа. – Если , то , где
Ф(t),
3)Решение ЛНС операторным методом (М5)
Замечание:
Для ЛОС так же ка и для ЛОДУ можно ввести характеристическое уравнение.
det(A- линейной системы.
- корень характеристического уравнения.
§24
Понятие об устойчивости.
Пусть дана некоторая функция частное решение задачи Коши при некоторых начальных условиях при -оно называется устойчивым, если любое другое решение, например, х(t) , начальные условия которого находятся в малой окрестности начальных условий - остаётся в малой окрестности для любого .
Решение – называется асимптотически устойчивым, если оно устойчиво и придел х(t) при t =
Решение называется не устойчивым, если первые два определения не выполняются.
x
x0 - устойчиво
t
t0
x
x0
- асимптотически устойчиво
t0 t
x
x0
- Неустойчивре
to t
при t не меняется=> устойчивое
А0 А1
при t => положение асимптотически устойчиво
А1
А0
А0
при t неустойчиво
А1
Исследование конкретного частного решения на устойчивость – сложная задача
Для упрощения производят замену переменных и вместо частного решения Ф(t) исследуют устойчивость тривиального решения некоего нового уравнения.
Аналогично выводится понятие для СДУ.
§25
Yandex.RTB R-A-252273-3- Частные производные функции n-переменных.
- Производная по направлению и градиент функции n-переменных
- Поверхность уровня функции n-переменных.
- Дифференцирование сложных функций.
- Формула Тейлора
- Экстремум функции n-переменных
- Задача Условного Экстремума
- Понятие о задаче оптимизации.
- Дифференциальные уравнения.
- 1.1Основные понятия.
- Дифференциальные уравнения первого порядка.
- Некоторые сведения об особых решениях.
- Уравнения второго порядка, допуск понижения.
- Линейные уравнения первого порядка.
- Линейные однородные дифференциальные уравнения n-ого порядка с постоянным коэффициентом.
- Линейные неоднородные дифференциальные уравнения n-ого порядка.
- Системы дифференциальных уравнений – несколько уравнений взятых вместе.
- Линейные однородные системы
- Устойчивость линейной системы. Точки покоя.
- Кратные интегралы
- Замена переменной в двойном интеграле
- Поверхностные интегралы.