Заметим,
что из равенства
следует, что температура тела
изменяется по закону
, или
– эта
функция является решением задачи Коши, поставленной в рассмотренном примере.
10.2.2. ОДНОРОДНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ
ПЕРВОГО ПОРЯДКА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Дифференциальное уравнение первого порядка называется однородным, если его можно привести к виду
.
(10.5)
ПРИМЕРЫ. а)
– однородное дифференциальное
уравнение первого порядка (это уравнение также является дифференциальным
уравнением с разделяющимися переменными);
б)
– не является однородным,
так как не может быть приведено к виду (10.5);
в)
. Чтобы убедиться в
том, что это однородное дифференциальное уравнение, разделим обе его части на
:
.
Теперь стало очевидным, что данное уравнение приводится к виду (10.5), то есть является однородным.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Многочлен
-ой степени относительно двух переменных
называется однородным многочленом,
если сумма показателей степеней во всех его одночленах одинакова и равна
.
ПРИМЕРЫ. а)
– однородный многочлен
первой степени;
б)
– однородный многочлен
третьей степени;
в)
– однородные
многочлены второй степени;
г)
– не является однородным
многочленом.
Уравнения вида
, или
, где ![]()
– однородные многочлены
-ой степени, являются однородными дифференциальными
уравнениями первого порядка.
Однородное дифференциальное уравнение первого порядка сводится
к уравнению с разделяющимися переменными в результате замены переменной
по формуле:
. Действительно, так как
, то
,
поэтому после выполнения подстановки уравнение (10.5) примет вид
, а дифференциальное уравнение
является уравнением с разделяющимися
переменными.
ПРИМЕР.
Решить задачу Коши
.
Данное дифференциальное уравнение является однородным,
поэтому сделаем замену переменной
. Тогда имеем:
– уравнение с разделяющимися переменными. Решим
его:
.
Возвращаясь к «старым»
переменным, получим общий интеграл
.
Найдем решение, удовлетворяющее
начальному условию
:
– искомое частное
решение.
Заметим, что если задать начальное
условие
, то соответствующее частное решение будет
иметь вид
.
10.2.3. ЛИНЕЙНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ
ПЕРВОГО ПОРЯДКА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Дифференциальное уравнение первого порядка называется линейным, если неизвестная функция и ее производная входят в него линейно, то есть в первой степени. Такое уравнение имеет вид
.
(10.6)
Если
, то дифференциальное уравнение
называется линейным однородным дифференциальным
уравнением первого порядка (оно является также дифференциальным уравнением с
разделяющимися переменными). Если
, то уравнение
называется линейным неоднородным.
ПРИМЕРЫ.
а)
– линейное неоднородное дифференциальное
уравнение;
б)
– не является линейным;
в)
. Разделив обе части этого дифференциального
уравнения на
, получим ![]()
– линейное дифференциальное уравнение;
г)
– не является линейным.
Одним из методов решения уравнений вида
(10.6) является метод подстановки. Идея метода состоит в том, что любая
функция может быть представлена в виде произведения двух функций, одна из
которых произвольная. Например,
и т.д.
Будем искать решение дифференциального уравнения
(10.6) в виде произведения двух функций:
.
Найдем
и подставим в уравнение:
.
Так как первый сомножитель в произведении
можно выбрать произвольно, потребуем,
чтобы функция
обращала в ноль первое слагаемое
в последнем равенстве:
. Тогда для нахождения
функций
и
получим
систему дифференциальных уравнений:
. (10.7)
Так
как функция
выбирается в известном смысле произвольно,
то она является каким-либо частным решением первого уравнения системы
(10.7). Заметим, что оно является линейным однородным дифференциальным уравнением
с разделяющимися переменными.
Решив первое уравнение, подставим найденную функцию
во второе дифференциальное уравнение и
найдем
, как общее решение этого уравнения.
ПРИМЕР.
Решить задачу Коши
.
Пусть
.
Отсюда

Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.