Вопрос 3. Решение ОДУ 1-го порядка в простейших случаях.

В простейшем случае методика решения ОДУ следующая : предположим, что решение , подставим его в уравнение и получим тождество. Из тождества равносильными преобразованиями получим общее решение. Проверить подстановкой в уравнение.

Уравнения с разделяющимися переменными

где .

Пусть кроме того на

Подставляя сюда предполагаемое решение, получаем тождество, которое проинтегрируем по ; ; ; (предположительно это общий интеграл).

Т.к. сохраняет знак строго монотонная функция . Проверим, что (3) определяет общее решение. Пусть

Тогда , т.е. обращают (1) в тождество (3) общее решение, а (2) – общий интеграл.

Замеч. Если в какой-либо точке , то функция тоже является решением уравнения (1) и его нужно присоединить к (3)

Опр. Выражения ( M,N- известные функции двух переменных, dx,dy – дифференциалы переменных x, y) называется дифференциальной формой, а уравнения =0 – уравнением в дифференциалах. Его решением называется каждое из решений ОДУ 1-го порядка .

Наиболее общий вид уравнения с разделяющимися переменными Решается аналогичным образом.

Рассмотрим уравнение Оно сводится к уравнению с разделяющимися переменными путем замены

Док-во:

(10) уравнение с разделяющимися переменными.

Пусть (10) имеет общий интеграл Тогда (9) имеет общий интеграл

Однородные уравнения.

(11)

(12) , где M,N – однородные функции одной степени однородности

Опр. Уравнения (11) и (12) называется однородными ОДУ

Заменой , где однородные ОДУ сводятся к уравнениям с разделяющимися переменными

Док-во: ; (12)

К однородным сводятся уравнения вида , где

Док-во: сделаем замену переменных , причем решение СЛАУ Тогда . Аналогично

 

Вопрос 4. Линейные ОДУ 1-го порядка .

(21)

Опр.(21) называется линейным ОДУ 1-го порядка. Если , то оно называется линейным однородным. В противоположном случае – линейным неоднородным.

Метод вариации произвольных постоянных

1. Рассмотрим соответствующее однородное уравнение. Оно всегда является уравнением с разделяющимися переменными : где . Тогда так как является решением этого уравнения) общее решение однородного уравнения можно записать в виде

(где

2. Для решения неоднородного уравнения сделаем замену переменных. где Тогда . Подставляя в (21) получим

Тогда