Теор.(Об общем решении неоднородного линейного ОДУ 1-го порядка)
Уравнение Бернулли
(31)
Уравнение Бернулли решается путем замены переменных , где
сводится к линейному неоднородному уравнению.
Док-во: Разделим обе части (31) на (Учитываем, что при
. Полагаем
. Тогда
. Тогда
линейное неоднородное уравнение относительно
. Пусть его общее решение
. Тогда общий интеграл уравнения (31) будет
(При
к нему еще присоединяется
Уравнение Риккати
(41) , где
(41) называется уравнением Риккати
1841 г. Лиувиль доказал, что оно не интегрируемо в квадратурах в общем случае. Но если каким-либо образом известно частное решение этого уравнения, то общее решение можно найти путем сведения его к уравнению Бернулли заменой .
Разность любых двух частных решений уравнения Риккати является решением уравнения Бернулли.
Док-во: Пусть и
, тогда
уравнение Бернулли с
Пусть Тогда
общее решение исходного уравнения Риккати
Вопрос 5. Уравнение в полных дифференциалах
Рассмотрим . Пусть
дифференцируем в G
Опр. Если , соответственно
, то (51) называется уравнением в полных дифференциалах (УПД) в G. Из курса матанализа известно, что необходимое и достаточное условие того, что
является полным дифференциалом
в односвязной области G
Общим интегралом этого уравнения будет соотношение
Теор. , где
дифференцируемая функция из определения УПД является общим интегралом УПД
Док-во: . С другой стороны , если
, то
является решением УПД
Рассмотрим задачу Коши для УПД:
Общим интегралом первого уравнения является соотношение , с другой стороны поскольку точка
искомой интегральной кривой , то на ней
решение ЗК (62) неявно задается соотношением
. Если
, то по ТСЕ неявной функции (63) задает
в некоторой окрестности точки
. Аналогично, если
, то (63) задает
в некоторой окрестности точки
Теор . (Критерий полного дифференциала в односвязной области )
Дифференцируемая форма в односвязанной области
является полным дифференциалом
Доказывается в ВТА
Практический способ отыскания
Рассмотрим ЗК (62) для УПФ
Пусть :
далее приравниваем
по теореме из теории интегралов, зависимость от параметра=
. Соответственно общим интегралом УПД будет соотношение
а решением ЗК (62) неявно задается соотношением
Интегрирующий множитель
Пусть не является УПД
Опр. Если существует дифференцируемая функция для становится УПД,
называется интегрирующий множителем уравнения (*)
Каким условием должна удовлетворять
В одной области
или
, т.е.
должна удовлетворять уравнению в частных производных
. В общем случае это уравнение решить еще труднее чем исходное (*). Известно, что при непрерывном дифференцировании
не обращ в ноль одновременно, инт. множитель уравнения (*) существует.
Их существует много(инт. множество), а для того, чтобы решить уравнение, достаточно одной такой функции. Покажем, при каких условиях уравнение (*) имеет интегрирующий множитель специального вида, например
. Обозначение:
. Тогда
подставим в (**), получим :
(***) ОДУ
Рассмотрим некоторые частные случаи, когда интегрирующий множитель легко находится.
Пусть не зависит от y, т.е.
. Тогда инт. мн-ль находится из ур-я:
Пусть не зависит от x, т.е.
. Тогда инт. мн-ль находится из ур-я:
Пусть P(x,y) и Q(x,y) – однор. ф-ии порядка . Введем
, где