С целью упрощения изучения качественной картины поведения интегральных кривых уравнения (6.4) в окрестности особой точки (0,0) сделаем линейную подстановку (невырожденное линейное преобразование):
(6.6)
где - некоторые
постоянные, причем
. Попытаемся подобрать
коэффициенты преобразования (6.6)
так, чтобы
преобразованное уравнение (6.4) имело вид:
,
(6.7)
где и
- некоторые постоянные числа.
Из (6.6) получаем ,
составляем производную
. Разделим числитель и
знаменатель правой части на
и заменим отношение
его значением из уравнения (6.4):
. (6.8)
Правая часть равенства (6.8) должна иметь вид (6.7), поэтому должно выполняться тождество:
. (6.9)
Это тождество будет выполнено, если:
. (6.10)
Приравнивая коэффициенты при x и y , получаем две системы:
(6.11)
(6.12)
Это линейные однородные системы, которые могут иметь
ненулевые решения только при условии, что определитель системы равен нулю, т.е.
что и
должны
быть корнями уравнения
,
(6.13)
которое можно записать в виде:
(6.14)
Это уравнение называют характеристическим для уравнения (6.4), а его корни – характеристическими числами.
Предположим, что уравнение (6.14) имеет два различных
корня . Подставляя один из них, например
в (6.11), а другой в (6.12), получим (с
точностью до множителя пропорциональности)
и
, а из второй -
и
, причем условие
будет
выполнено. Таким образом, уравнение (6.4) при помощи подстановки (6.6)
привелось к виду (6.7). А уравнение (6.7) легко интегрируется разделением
переменных:
(6.15)
Исследуем решение (6.15) для различных случаев значений
корней и
уравнения
(6.14).
Корни и
действительны и одного знака.
Без ограничения общности предполагаем, что . Все интегральные кривые (6.15) проходят
через начало координат (
), касаются оси
, т.к.
(6.16)
Из этого следует, что все интегральные кривые примыкают к
особой точке с одним и тем же направлением, все они касаются оси . Интегральные кривые
примыкают к особой точке тоже с
определенным направлением (вдоль оси
), но отличным от
направления интегральных кривых (6.15).Особая точка с таким расположением
интегральных кривых называется узлом (рис.16).
Так как в окрестности особой точки исходного
уравнения (6.4) мы будем иметь ту же качественную картину расположения
интегральных кривых, то особая точка
уравнения
(6.4) тоже будет узлом.
Корни и
действительны и разных знаков.
Тогда, . Интегральные кривые
определяются уравнением
(6.17)
В этом случае только два решения уравнения и
примыкают
к особой точке. Все же остальные интегральные кривые, как показывает формула
(6.17), не примыкают к особой точке, т.е.
не
стремится к нулю при
. При этом каждая из этих
интегральных кривых обладает тем свойством, что при
точка
, лежащая на ней, сначала приближается к
особой точке (0,0), а затем начинает от нее удаляться. Особая точка такого типа
называется седлом. В этом случае особая точка
уравнения
(6.4) также является седлом.
Корни и
комплексные, но не мнимые:
.
Уравнение (6.7) в этом случае принимает вид:
(6.18)
Найдем и
из системы (6.12), где
. Затем, считая
и
полагая в системе (6.11)
, найдем, используя
систему (6.12), что:
(6.19)
Поэтому преобразование (6.6) в этом случае запишется:
(6.20)
Здесь и
- комплексные, причем
. Переменные
,
неудобны, так как принимают при
действительных x, y комплексные
значения. Поэтому сделаем еще одну замену переменных:
,
(6.21)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.