Дифференциальные уравнения, решение которых может быть выражено через решение дифференциального уравнения Бесселя
При решении различных задач уравнение Бесселя редко встречается в каноническом виде (13). Полезно уметь привести в тех случаях, когда это возможно, решение рассматриваемого уравнения к решению уравнения (13). Для упрощения записи полагаем
обозначив тем самым через
общее решение уравнения (13).
7.5.36. Основные типы.
Уравнение
сводится к уравнению (13) путем замены переменных
Отсюда получаем общий интеграл
Рассмотрим в качестве примера дифференциальное уравнение
Мы приведем его к типу (89) при помощи замены функции
Имеем
Если выбрать
таким образом, чтобы
то предыдущее уравнение преобразуется к виду (89):
Отсюда общее решение уравнения (90) будет
Укажем несколько типов уравнений, общее решение которых строится при помощи бесселевых функций. Заменой переменной и функции их легко свести к каноническому виду (13). Для краткости мы ограничимся только приведением окончательных результатов.
Уравнение
имеет общее решение
Уравнение (90) относится к типу (91) при
Положим в (91) параметр а равным нулю. Уравнение
имеет общее решение
Если, кроме того, мы приравняем
и напишем параметр с в виде
уравнение (91) принимает вид
Оно имеет общее решение
Если в уравнении (91) приравнять
то мы получим уравнение
общее решение которого имеет вид
Если, кроме того,
то находим общий интеграл уравнения
который равен
Если в уравнении (91) параметр с положить равным нулю, то получим
Это уравнение имеет общее решение
Часто встречающееся дифференциальное уравнение
не что иное, как уравнение (95), в котором
Всюду в предыдущем предполагается, что
. В частности, общие решения
не годятся, если
Если предположить
то уравнение (91) получает вид
Это уравнение Эйлера
Оно сводится, если положить
к линейному дифференциальному уравнению с постоянными коэффициентами
Уравнение
при
имеет общее решение
Если
то легко заметить, что
представляют собой при
два линейно независимых решения. Если
оба эти интеграла превращаются в один, но легко проверить, что тогда выражение
будет решением. В этом случае получаем общий интеграл в виде
Ниже указывается несколько видов дифференциальных уравнений, приводящих к особенно простым решениям. Они не входят в типы уравнений, приведенных выше. Уравнение
допускает в качестве общего решения
Отметим также следующие два частных случая предыдущего уравнения;
Пример. Найдем общий интеграл
Сопоставление с уравнением (91) дает
Отсюда, подставляя эти значения в (92), получаем искомый общий интеграл