Через любую точку области D проходит единственная характеристика (система автономна). Точек покоя эта система не имеет. В этом случае всякая точка области D является регулярной.
Для того, чтобы описать все
первые интегралы системы 
, необходимо получить
полный набор функционально независимых первых интегралов 
. Отметим, что 
 функционально
независимы, если ранг матрицы 
. Для системы 
, состоящей из n
уравнений, полный набор состоит из n
функционалов вида 
. Если рассматриваются первые
интегралы вида 
, то полный набор состоит из 
 первого интеграла. В общем случае для
наперёд заданной области D полный набор первых
интегралов может и не существовать. Однако справедливо следующее утверждение:
для любой нерегулярной точки найдется окрестность, в которой существует полный
набор функционально независимых первых интегралов. Пусть D
– такая окрестность, в котором существует полный набор первых интегралов.
Следовательно, имеем первые интегралы 
,
следовательно, для любого первого интеграла 
 справедливо
представление: 
, где F
– некоторая функции, следовательно, любое решение уравнения 
 представляется в виде 
. Эта формула задаёт общее решение
уравнения при произвольной дифференцируемой функции F.
Характеристическую
систему 
 удобно представлять в форме: 
.
§6.3. Решение квазилинейных уравнений
Рассмотрим уравнение 
 в предположении, что 
 и 
 определены
в области 
, непрерывны и непрерывно дифференцируемы в
D, причём 
 в D. Сопоставим этому уравнению вспомогательное линейное
уравнение 
. Здесь 
. Это
уравнение уже рассмотрено в предыдущем параграфе, следовательно, можно написать
его общее решение. Оно получается в неявном виде: 
.
Составим характеристическую
систему для этого уравнения: 
. Пусть 
 – функционально независимые первые
интегралы этой системы. Тогда 
 – общее решение
уравнения.
Пусть 
 – решение уравнения 
 и пусть уравнение 
 определяет
некоторую функцию 
 в 
 (пространстве
x), причём 
. Тогда 
 – решение первого уравнения.
Приведённая теорема устанавливает
связь между решениями уравнений 
 и 
. Решения первого уравнения могут
использоваться для неявного задания решений уравнения второго уравнения. Если 
 – решение первого уравнения, то конечное
уравнение 
 определяет решение второго уравнения.
Множество решений первого уравнения представляется функцией 
, следовательно, множество решений второго
уравнения можно описать решениями уравнения 
, где F – произвольная функция. Следует иметь в виду, что
функция F должна обеспечить возможность
разрешения такого уравнения (см. теорему о неявной функции). На даже в этом
случае мы не можем утверждать, что таким образом описываются все решения
уравнения 
. Это уравнение может иметь т.н.
специальные решения, не допускающие такого представления.
Характеристическая
система, записанная для вспомогательного уравнения 
 называется
характеристической системой исходного уравнения. Через каждую точку в
области проходит единственная характеристика уравнения 
.
В отличие от предыдущего параграфа, характеристики здесь являются линиями в
пространстве переменных 
. Можно показать, что
если через какую-либо точку интегральной поверхности проходит характеристика,
то вся эта характеристика лежит на интегральной поверхности. Интегральная
поверхность как бы «соткана» из характеристик.
§6.4. Решение задачи Коши для квазилинейных уравнений
Рассмотрим уравнение 
, предполагая, что 
 и
 определены в области 
, непрерывны и непрерывно дифференцируемы в
D и 
 в D.
Можно осуществить выбор решения этого уравнения, подчинив его каким-либо
дополнительным условиям. В простейшем случае такими условиями могут быть
условия Коши. Рассмотрим постановку задачи Коши. Пусть в пространстве x задана гиперповерхность S:
 и пусть в точке этой гиперповерхности
определена функция 
. Дополним уравнение условием: 
. Имеем задачу Коши. Решить её значит найти
решение уравнения 
, которое в точке
гиперповерхности S совпадает с заданной функцией
. Нас интересует интегральная поверхность
этого уравнения, содержащая гиперповерхность S
относительно функции 
.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.