Если, например, в уравнении
(2.17)
функции и
являются обобщёнными многочленами
(или суперпозицией функций от таких многочленов) переменных
, то это уравнение при определённых
условиях можно свести к однородному подстановкой:
,
,
(2.18)
где ,
- постоянные, отличные от нуля, подобраны
так, чтобы после подстановки уравнение
стало однородным. Это возможно тогда,
когда функции и
будут
однородными функциями одинакового измерения.
П р и м е р 1. Проинтегрировать уравнение
.
Р е ш е н и е. Замена ,
. Получаем
. (2.19)
Имеем ,
. Для того, чтобы уравнение (2.19) было
однородным, функции
и
должны
быть однородными одинакового измерения, то есть должны выполняться равенства:
.
Таким образом, для нахождения и
решаем систему:
,
где , то
есть
можно выбрать произвольное.
Положив , получим
и преобразованное уравнение запишется:
.
Это однородное уравнение, так как или
, так
как правая часть последнего уравнения является однородной функцией нулевого
измерения. Замена
. Подставив в уравнение,
получаем:
;
;
;
.
Тогда общий интеграл:
.
Вычисляем интеграл:
Тогда общий интеграл запишется ,
или
, или
.
Для сведения уравнения (2.17) к однородному вместо подстановки (2.18) можно использовать также более общую подстановку:
,
, (2.20)
где ,
,
,
- неизвестные постоянные, которые нужно
определить из условия поставленной задачи (полученное после подстановки
уравнение должно быть однородным).
В качестве иллюстрации подстановки (2.20) рассмотрим уравнения вида:
, (2.21)
где ,
,
,
,
,
- заданные постоянные, а
- непрерывная функция.
Если , то уравнение (2.21)
является однородным, так как его правая часть есть функцией от однородной
функции нулевого измерения.
Если (хотя бы одно из чисел
,
отлично
от нуля), то сделаем замену (2.20) при
.
Положим
(2.22)
и применим преобразование
параллельного переноса начала координат в точку .
Подберём координаты
,
этой
точки так, чтобы уравнение (2.21) стало однородным. Подставив (2.22) в (2.21),
получим уравнение
или
. (2.23)
Очевидно, для однородности уравнения необходимо выполнение равенств:
,
(2.24)
которые представляют собой систему
линейных алгебраических уравнений. Если (
), эта система имеет единственное решение.
Решив систему (2.24) и однородное уравнение (2.23), получим, согласно (2.22),
общий интеграл уравнения (2.21).
Если же , то
, то предложенный выше метод неприменим, но
в этом случае подстановка
сразу превращает
уравнение (2.21) в уравнение с разделяющимися переменными: так как
, то
;
.
Тема: 3. Линейные дифференциальные уравнения и к ним сводящиеся.
3.1.1 Метод Бернулли
3.1.3 Метод Эйлера
3.2 Свойства линейного уравнения и его решений
Дифференциальное уравнение 1-го порядка называют линейным, если искомая функция и её производная входят в уравнение в первой степени (т. е. линейно) и не перемножаются. По этому определению линейное уравнение можно записать в виде:
.
(3.1)
где ,
- заданные непрерывные в рассматриваемой
области функции.
При уравнение (3.1)
называют линейным однородным уравнением первого порядка:
. (3.2)
В
связи с этим уравнение (3.1) при называют линейным
неоднородным уравнением.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.