Дифференциальные уравнения.
1. Дифференциальное уравнение- уравнение , связывающее независимую переменную х, искомую функцию f(x) и ее производные .
Символически дифференциальное уравнение выглядит: F(x,y,y’,y’’…,y(n))=0 или .
2. Порядком дифференциального уравнения называется порядок наивысшей производной, входящей в уравнение:
Пример.
F(x,y,y’)=0- дифференциальное уравнение первого порядка.
F(x,y,y’,y’’)=0- дифференциальное уравнение второго порядка.
3. Решением дифференциального уравнения называется всякая функция , которая при подстановке в уравнение, обращает его в верное тождество.
Для того чтобы решить дифференциальное уравнение надо его проинтегрировать.
Пример.
Дифференциальное уравнение первого порядка.
Общее и частное решения.
F(x,y,y’)=0
Это уравнение можно привести к виду y’=f(x,y).
Интегрируем уравнение.
После вычисления возникает постоянная С. Поэтому решение фактически зависит не только от х, но и от С, т.е. y=f(x,C). Придавая С различные значения, мы получаем множество различных решений дифференциального уравнения. Эти решения (y=f(x,C)) называются общим решением дифференциального уравнения.
Придавая С различные значения получаем различные решения дифференциального уравнения. Так как С имеет бесконечное множество значений, то и решений будет бесконечное множество (которые отличаются друг от друга путем сдвига на несколько единиц).
Геометрически общее решение представляет собой семейство кривых на координатной плоскости ХОУ.
Частное решение.
Пусть в дифференциальном уравнении заданы дополнительные условия, что при х=х0 функция принимает значение у=у0. Это дополнительное условие называется начальным условием и записывается: а). у=у0 при х=х0; б). ; в). у(х0)=у0.
Геометрически начальное условие означает некоторую точку (х0,у0) на плоскости ХОУ.
Подставляя в начальное условие , находим вполне определенные значения постоянной С. Тогда является частным решением уравнения.
Геометрически частное решение обозначает: начальное условие задает некоторую точку на плоскости и из семейства кривых (общее решение) выбирается та единственная кривая, которая проходит через эту точку.
Теорема существования и единственности решения дифференциального уравнения (теорема Коши).
Если в дифференциальном уравнении y=f(x,y) функция f(x,y) и ее частная производная определены и непрерывны в некоторой области Д на плоскости ХОУ, то какова бы ни была внутренняя точка (х0,у0) этой области, данное уравнение имеет единственное решение , удовлетворяющее начальному условию у=у0 при х=х0.
Геометрически смысл заключается в следующем: каждой точке (х0,у0) области Д соответствует только одна интегральная кривая, проходящая через эту точку (каждой точке соответствует только одно частное решение).
Замечание. “Найти частное решение”=“Решить задачу Коши”.
- Правило вычисления двойного интеграла.
- Дифференциальные уравнения.
- Существует 4 вида дифференциальных уравнений первого порядка.
- 1. Дифференциальные уравнения первого порядка с разделяющимися переменными.
- 2. Однородные дифференциальные уравнения первого порядка.
- 3. Линейные дифференциальные уравнения.
- 4. Уравнения Бернулли.
- Дифференциальные уравнения второго порядка.
- Три случая понижения порядка.
- 1. Случай непосредственного интегрирования.
- Линейные однородные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами.
- Линейные неоднородные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами.
- Комплексные числа.
- Геометрическое изображение комплексных чисел.
- Действия над комплексными числами.
- Ряды. Числовые ряды.
- Свойства числовых рядов.
- Знакоположительные ряды. Признаки сходимости и расходимости знакоположительных рядов.
- 1. Первый признак сравнения.
- Знакопеременные и знакочередующиеся ряды.