Главная > Краткий справочник для инженеров и студентов
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

12.6. Системы обыкновенных дифференциальных уравнений

Некоторые определения. Многие системы дифференциальных уравнений могут быть записаны в так называемой нормальной форме:

Решением системы ДУ называется совокупность функций которые при подстановке в каждое из уравнений превращают его в тождество. Одно порядка всегда можно заменить нормальной системой (4), вводя вспомогательные неизвестные функции. Часто верно и обратное: нахождение решения системы (4) можно свести к решению одного порядка.

Пример 1. Решить систему ДУ

Решение. Выразив из первого уравнения и подставив его во второе уравнение, получим линейное ДУ второго порядка для . Общее решение этого уравнения имеет вид Вторая неизвестная функция находится из полученного выше выражения для .

Общее решение нормальной системы (4) имеет вид

— произвольные постоянные. Задавая значения искомых функций при некотором значении можно поставить для системы ДУ задачу о нахождении частного решения, удовлетворяющего заданным начальным условиям (задачу Коши). Как и в случае одного ДУ, для системы (4) имеет место теорема, гарантирующая существование и единственность частного решения при непрерывности правых частей вместе с их частными производными.

В приложениях наиболее часто встречаются нормальные системы линейных ДУ. Для краткости ограничимся системой двух линейных уравнений с постоянными коэффициентами:

Такие системы обычно решают, не сводя их к одному ДУ. Если то система называется однородной. Общее решение неоднородной системы (5) складывается из общего решения соответствующей однородной системы и какого-нибудь частного решения неоднородной системы (как и в случае одного линейного ДУ).

Для построения общего решения однородной системы сначала находят ее частное решение, имеющее вид

где собственное значение матрицы системы, т.е. корень характеристического уравнения

а координаты собственного вектора находят из системы линейных однородных алгебраических уравнений

После этого строят общее решение однородной системы. Возможны следующие случаи.

1. Характеристическое уравнение (6) имеет два действительных различных корня k1 и k2. Этим корням отвечают два собственных вектора с координатами (координаты определяются с точностью до числовых множителей). Общее решение исходной однородной системы ДУ определяется линейной комбинацией частных решений

где — произвольные постоянные.

Пример 2. Решить систему

Решение. Характеристическое уравнение

имеет корни Система уравнений (7) для нахождения координат собственных векторов записывается в виде

Отсюда Взяв, например, получим Таким образом, первым частным решением однородной системы ДУ является (с точностью до постоянного множителя)

При аналогичным образом находим второе частное решение: Линейная комбинация двух найденных частных решений дает общее решение однородной системы:

В этом примере легко усматривается частное решение полной (неоднородной) системы: Поэтому общее решение исходной неоднородной системы ДУ имеет вид

2. Характеристическое уравнение (6). имеет пару комплексно сопряженных корней В этомслучае следует найти комплексное частное решение однородной системы ДУ (аналогично тому, как это делалось выше при отыскании частного решения, отвечающего действительному корню). Отделяя затем действительную и мнимую части комплексного решения, получим два действительных линейно независимых частных решения, линейная комбинация которых даст общее решение однородной системы ДУ.

Пример 3. Решить систему ДУ:

Решение. Характеристическое уравнение

имеет корни Система () для нахождения координат (комплексного) собственного вектора имеет вид

Из этой системы при находим одно из ненулевых решений: Соответствующее комплексное решение системы дается формулами — Отделяя здесь действительные и мнимые части и составляя их линейную комбинацию, получим общее решение системы:

3. Характеристическое уравнение (6) имеет один действительный двукратный корень Полный анализ этого случая проводится методами линейной алгебры. На практике решение системы удобно искать методом неопределенных коэффициентов в виде

Пример 4. Решить систему

Решение. Характеристическое уравнение

имеет двукратный корень Решение системы ищем в виде () при Подставляя эти выражения в исходную систему и сокращая на получим Отсюда видно, что а и можно считать произвольными числами (которые обозначим соответственно через и и что Таким образом, общее решение исходной однородной системы ДУ запишется в виде

1
Оглавление
email@scask.ru