Diferenciálních Rovnic

Definice Lineární Rovnice Prvního Řádu

diferenciální rovnice typu

\

kde \(\left( x \right)\) a \(f\left( x \right)\) jsou spojité funkce \(x\) se nazývá lineární nonhomogeneous diferenciální rovnice prvního řádu. Budeme uvažovat dvě metody řešení lineárních diferenciálních rovnic prvního řádu:

  • Pomocí integračního faktoru;
  • Metoda variace konstanty.

Pomocí Integrující Faktor

Pokud lineární diferenciální rovnice je napsaná ve standardní formě:

\

integrační faktor je definován podle vzorce

\

Vynásobením levé straně rovnice integrační faktor \(u\left( x \right)\) převádí na levou stranu na derivaci součinu \(y\left( x \right) u\left( x \right).\)

obecné řešení diferenciální rovnice je vyjádřena následovně:

\

kde \(C\) je libovolná konstanta.

metoda variace konstanty

tato metoda je podobná předchozímu přístupu. Nejprve je nutné najít obecné řešení homogenní rovnice:

\

obecné řešení z homogenní rovnice obsahuje konstantu integrace \(C\) nahradíme konstantu \(C\) se určité (dosud neznámé) funkce \(C\left( x \right).\ ) Nahrazením tohoto řešení do nehomogenní diferenciální rovnice můžeme určit funkci \(C\left( x \right).\)

popsaný algoritmus se nazývá metoda variace konstanty. Obě metody samozřejmě vedou ke stejnému řešení.

Problém Počáteční Hodnoty

Pokud kromě diferenciální rovnice, tam je také počáteční podmínku ve tvaru \(y\left( {{x_0}} \right) = {y_0},\) takový problém se nazývá problém počáteční hodnoty (IVP) nebo Cauchyho problém.

konkrétní řešení pro IVP neobsahuje konstantu \(C\), který je definován substituce obecné řešení do počáteční podmínku \(y\left( {{x_0}} \right) = {y_0}.\)

Vyřešené problémy

klepnutím nebo klepnutím na problém zobrazíte řešení.

Příklad 1

vyřešte rovnici \(y‘ – y – x{e^x} \) \(= 0.\)

příklad 2

vyřešte diferenciální rovnici \(xy ‚ = y + 2{x^3}.\)

Příklad 3

Řešení rovnice \(y‘ – 2y = x.\)

Příklad 4

Řešení diferenciální rovnice \({x^2}y‘ + xy + 2 \) \(= 0.\)

příklad 5

vyřešte problém s počáteční hodnotou: \(y – – y \ tan x \) \ (=\sin x,\) \(y\left (0 \right) = 1.\)

Příklad 6

Řešení diferenciální rovnice (IVP) \(y‘ + {\large\frac{3}{x}\normalsize}y \) \(= {\large\frac{2}{{{x^2}}}\normalsize}\) s počáteční podmínkou \(y\left( 1 \right) = 2.\)

Příklad 7

Najděte obecné řešení diferenciální rovnice \(y = \left( {2{y^4} + 2x} \right)y‘.\)

Příklad 1.

vyřešte rovnici \(y‘ – y – x{e^x} \) \(= 0.\)

řešení.

tuto rovnici přepíšeme ve standardním tvaru:

\

Budeme řešit tuto rovnici pomocí integračního faktoru

\

Pak obecné řešení lineární rovnice je dána

\

Příklad 2.

vyřešte diferenciální rovnici \(xy ‚ = y + 2{x^3}.\)

řešení.

tento problém vyřešíme metodou variace konstanty. Nejprve najdeme obecné řešení homogenní rovnice:

\

což může být vyřešen oddělením proměnných:

\

kde \(C\) je kladné reálné číslo.

Nyní nahradíme \(C\) se určité (dosud neznámé) funkce \(C\left( x \right)\) a bude najít řešení původní nonhomogeneous rovnici ve tvaru:

\

Pak derivace je dána

\^\prime } }={ C\left( x \right)x + C\left( x \right).}\]

Dosazením do rovnice dává:

\ }={ C\left( x \right)x + 2{x^3},\;\;}}\Rightarrow
{{C\left( x \right){x^2} + \zrušit{C\left( x \right)x} }={ \zrušit{C\left( x \right)x} + 2{x^3},\;\;}}\Rightarrow
{C\left( x \right) = 2x.}
\]

Na integraci, najdeme funkce \({C\left( x \right)}:\)

\

kde \({C_1}\) je libovolné reálné číslo.

to Znamená, že obecné řešení dané rovnice je napsána ve formě

\

Stránka 1
Problémy 1-2

Stránka 2
Problémy 3-7

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.

More: