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