Припускається, що – неперервна функція
своїх аргументів з неперервними частинними похідними, причому – це істотно – не
залежить явно від
. Якщо ж ні в області
, ні в якійсь її частині залежність (1.38)
не має місця, то функції
називають незалежнимив
(жодна з функцій
не
виражається через інші). Для незалежності функцій
у
необхідно й досить, щоб функціональний
визначник (визначник Остроградського) не звертався в нуль в області
, тобто:
.
Доведення.Припустимо, що ми маємо незалежних інтегралів
системи (1.16):
,
, ...,
, тобто таких, що функціональний визначник:
.
(1.39)
Ще припустимо, що нам удалося знайти ще один інтеграл цієї системи. Тоді, з визначення інтеграла
системи, маємо тотожності:
.
(1.40)
Спільне існування тотожностей (1.40), у які входять не рівні нулю величини
, можливо тоді, і тільки тоді, коли
визначник цієї системи (визначник Остроградського) тотожно дорівнює нулю,
тобто:
.
Але за умовою теореми , тому що функції
— незалежні між собою відносно
. Тоді по теоремі про залежності функцій
, тобто
-й
інтеграл є функцією
незалежних інтегралів і не є
новим інтегралом системи, що й було потрібно довести.
Зауваження. З теореми
Коші про існування й одиничність розв'язання системи (1.16) треба, що вона
завжди має незалежних інтегралів, Тому, якщо
яким-небудь способом удалося знайти
незалежних інтегралів
,
, ...,
системи (1.16), задача її інтегрування
закінчена. Сукупність
(1.41)
називають загальним інтегралом системи (1.16), а кожна рівність – першим інтегралом. З попередніх міркувань треба, що існує нескінченна множина перших інтегралів системи. Їх ми можемо знаходити, роблячи ті або інші перетворення нормальної системи.
Розглянемо систему диференціальних рівнянь виду:
. (1.42)
Всі змінні, вхідні в (1.42) рівноправні, у той час як у нормальній системі
(1.43)
– незалежна змінна, а
– шукані функції, тобто змінні не
рівноправні.
Систему (1.42) називають системою звичайних диференціальних рівнянь у симетричній формі.
Нормальну систему (1.43) завжди можна привести до симетричної форми. Для цього досить її записати у вигляді:
. (1.44)
Цю систему називають системою диференціальних рівнянь першого
порядку в симетричній формі, що відповідає нормальній системі (1.43). Всі
змінні ,
входять в (1.44) уже
рівноправно.
Якщо всі функції системи (1.44) є
дробами з тим самим знаменником
, то після множення на
нього всіх знаменників у системі (1.44), одержимо:
.
(1.45)
Якщо в цьому випадку ввести позначення для всіх змінних
,
,
, ...,
(1.46)
і симетричні позначення для всіх знаменників
,
, ...,
,
то система (1.45) запишеться:
. (1.47)
;
; ...;
. (1.48)
Розв'язання, інтеграл, перший інтеграл, загальне розв'язання й загальний інтеграл системи (1.48) називають відповідно рішенням, інтегралом, першим інтегралом, загальним розв'язанням і загальним інтегралом системи (1.42).
Якщо кожне рівняння нормальної системи диференціальних рівнянь містить тільки одну невідому функцію, тобто:
,
(1.49)
то її інтегрування зводиться до інтегрування кожного з рівнянь окремо.
Якщо нормальна система має вигляд:
,
(1.50)
її інтегрування виконується послідовно: потрібно проінтегрувати перше рівняння й знайдене значення загального розв'язку підставити в друге рівняння, проінтегрувати, і так далі.
Зокрема, таким шляхом може бути проінтегрована у квадратурах лінійна система виду:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.