Lineáris differenciálegyenlet másodrendű

Definíció 1. Az egyenlet a következő formában:

esetében, ahol folyamatos az intervallum funkciót nevezzük lineáris differenciálegyenlet (LDU) a másodrendű. Ha minden a különbség. majd (1) egyenlet az úgynevezett homogén lineáris differenciálegyenlet (Lineáris Közönséges differenciálegyenletek):

Ha a (1) egyenlet az úgynevezett lineáris inhomogén differenciálegyenlet (LNDU).

2. Definíció két funkció, és az úgynevezett lineárisan függ az időtartam, ha az összes lehetséges aránya egyenlő állandó érték, azaz a Ellenkező esetben, ha a függvények lineárisan független az intervallumon.

3. Ha a meghatározás lineárisan független megoldásai Lineáris Közönséges differenciálegyenletek, alkotnak alapvető rendszerét egyenlet megoldásai.

Tétel 1. Ha lineárisan független megoldásokat Lineáris Közönséges differenciálegyenletek (2) intervallumon, akkor a lineáris kombináció

és ahol a tetszőleges állandók, az általános megoldás, hogy ez az egyenlet.

2. Tétel Az általános megoldás LNDU másodrendű (1) van az összessége a megfelelő megoldások Lineáris Közönséges differenciálegyenletek (2), és minden olyan magán LNDU oldatok (1), azaz a LNDU általános megoldás (1).

3. Tétel. Ha egy adott megoldás LNDU:

Egy adott oldatban LNDU:

ez az egyik megoldás LNDU:

A homogén lineáris differenciálegyenletek állandó együtthatós

Definíció 1. Az egyenlet az űrlap

ahol valós számok, az úgynevezett lineáris homogén differenciálegyenlet (Lineáris Közönséges differenciálegyenletek) a másodrendű állandó együtthatós.

Euler módszer megoldására Lineáris Közönséges differenciálegyenletek állandó együtthatós

Különös megoldások ennek az egyenletnek úgy kapjuk meg:

Behelyettesítve a (3) egyenletben a kifejezés (*), kapjuk:

(4) egyenlet jellemző a (3) egyenlet. Ez egy másodfokú egyenlet, így értékétől függően a diszkrimináló három esetben.

1), majd a gyökerek a karakterisztikus egyenlet (4) a valós és a különböző - Ezek ad két lineárisan független megoldásokat :. Következésképpen, ebben az esetben, az 1. tétel, az általános megoldás a (3) egyenlet a következőképpen írható fel:

2) Ebben az esetben tehát, az egyik megoldás, hogy (3) egyenlet lesz. A második lineárisan független az elsőtől, akkor megteszi a funkciót. Következésképpen, ebben az esetben, az 1. tétel, az általános megoldás a (3) egyenlet a következőképpen írható fel:

3) Ebben az esetben, a gyökerek, a (4) egyenlet a konjugált komplex: Akkor, mint lineárisan független megoldásokat is igénybe vehet a funkciókat, és ezért, ebben az esetben, az 1. tétel, az általános megoldás a (3) egyenlet a következőképpen írható fel:

Példák megoldások

1. példa Keresse az alapvető rendszer megoldások és az általános megoldás:

Határozat. Behelyettesítve az adott egyenletben, megkapjuk a karakterisztikus egyenlet:

Mivel a gyökerek valós és más, az alapvető rendszer megoldások az egyenlet teszi a funkciók:

Ezután az általános megoldás ez az egyenlet felírható lineáris kombinációjaként:

2. példa: az egyenlet megoldásához:

Határozat. A karakterisztikus egyenlet:

A gyökerek az egyenlet valós és egyenlő:

Ezután a rendszer alapvető megoldások az egyenlet teszi a funkciók:

Az általános megoldás felírható lineáris kombinációja ezeket a megoldásokat:

3. példa megoldásához a következő egyenletet:

Határozat. A karakterisztikus egyenlet:

A gyökerek ebben az egyenletben komplex konjugátum:

Alapvető rendszer megoldások az egyenlet teszi a funkciók:

Az általános megoldás felírható lineáris kombinációja ezeket a funkciókat:

4. példa megoldásához Cauchy probléma:

Határozat. A karakterisztikus egyenlet:

A gyökerek az egyenlet valós és egyenlő:

Alapvető rendszer megoldások az egyenlet teszi a funkciók:

Az általános megoldás felírható lineáris kombinációja ezeket a funkciókat:

Találunk egy adott megoldás, amely kielégíti a kezdeti feltételeket, és az első lelet:

Mi egy olyan rendszer felállítása a két egyenlet, hogy ebben az esetben az általános megoldás

Mi helyettesíti az értékeket találtak az általános megoldás:

ez lesz a megoldás a Cauchy probléma.

Keresse alapvető rendszer megoldások:

Kapcsolódó cikkek