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