П р и м е р 4. Имеет ли уравнение особое
решение?
Р е ш е н и е. Правая часть этого уравнения непрерывна, но
неограниченно возрастает при приближении
к прямой
. Следовательно, на прямой
может нарушаться единственность. Но
функция
не удовлетворяет заданному уравнению,
следовательно, особого решения нет.
П р и м е р 5. Имеет ли уравнение особое
решение?
Р е ш е н и е. В данном уравнении -
непрерывная функция в любой замкнутой области, где
( при
можно положить, что
).
,
откуда следует, что
.
Следовательно, геометрическое место точек может быть особым решением уравнения.
Очевидно, что
есть решение исходного уравнения.
Проверим, нарушается ли свойство единственности (п.3) в каждой точке решения
. Для этого находим общее решение:
.
Решение может быть получено из
общего решения при
. Поэтому через каждую точку оси
OY (кроме точки
)
проходит лишь одна интегральная прямая
.
Значит, особых решений уравнение не имеет.
Рассмотрим вопрос о существовании особых решений дифференциальных уравнений, не разрешенных относительно производной
.
(6.37)
Если функция в некоторой области
трехмерного пространства удовлетворяет
условиям теоремы существования неявной функции, то в соответствующей плоскости
через каждую точку
по данному направлению проходит
лишь одна интегральная кривая уравнения (6.37). Следовательно, особые решения
уравнения (6.37) могут проходить лишь через те точки, в которых нарушается
условие вышеуказанной теоремы.
В частности, если непрерывна
и имеет непрерывные частные производные первого порядка, то особые решения
следует искать среди тех точек, координаты которых одновременно удовлетворяют
уравнениям:
.
(6.38)
Если уравнения (6.38) совместны, т.е. существует значение
, удовлетворяющее сразу двум уравнениям из
(6.38), то, исключая из них параметр р, мы получим в общем случае некоторое
геометрическое место точек
, которое может быть
особым решением уравнения (6.37).
Геометрическое место точек ,
получаемых путем исключения параметра р из системы уравнений (6.38), называется
р-дискриминантной кривой уравнения (6.37) (РДК).
Таким образом, р-дискриминантные кривые уравнения (6.37), если они существуют, могут быть особыми решениями данного уравнения.
Отсюда вытекает один из способов нахождения особых решений уравнения (6.37). Для этого нужно:
найти его р-дискриминантные кривые, исключив параметр р из системы (6.38);
проверить, являются ли р-дискриминантные кривые интегральными кривыми данного уравнения;
проверить, нарушается ли свойство единственности в точках этих интегральных кривых.
Если пункты 1)-3) выполняются, то полученные таким образом решения уравнения (6.37) есть особые.
П р и м е р 6. Имеет ли уравнение особые решения
.
(6.39)
Р е ш е н и е. Составляем уравнения для р-дискриминантной кривой:
.
Исключаем параметр р : (6.40)
– р-дискриминантная кривая уравнения (6.39). Непосредственной подстановкой
убеждаемся, что (6.40) есть решение уравнения (6.39).
Так как уравнение (6.39) есть уравнение Клеро, то его общим решением является семейство прямых
. (6.41)
Тогда видим (рис.23), что через каждую точку интегральной кривой (6.40) проходят две интегральные кривые: сама кривая (6.40) и прямая из семейства (6.41), имеющие одинаковые направления. Поэтому решение (6.40) есть особое решение уравнения (6.39).
Кроме изложенного выше способа нахождения особого решения дифференциального уравнения (6.37), существует другой способ, в основе которого лежит понятие огибающей однопараметрического семейства кривых.
Пусть имеем однопараметрическое семейство кривых:
,
(6.42)
где с- параметр, изменяющийся на отрезке . Кривая l
называется огибающей семейства кривых (6.42), если она в каждой своей точке
имеет касательную, общую с одной из кривых заданного семейства (6.42)
(рис.25).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.