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.