РефератыМатематикаДиДифференциальные уравнения

Дифференциальные уравнения

Министерство образования РФ


Московский авиационный институт


(государственный технический университет)


Филиал "Восход"


Кафедра МиПОИС


Курсовая работа


по курсу: Дифференциальные уравнения


Студент гр. ДА 2-40


Воронцов О. В.


Байконур 2005 г.


1. Теоретическая часть


Дифференциальные уравнения, приводящиеся к однородным


Дифференциальные уравнения, которые приводятся к однородным, имеют вид:



Возможны три случая:


1) Когда C1
=C2
=0



2) Когда





Когда



Вводятся новые переменные u и υ так, чтобы правая часть исходного уравнения в этих переменных была однородной функцией нулевого порядка. А именно, делается замена x=u+h, y= υ+k и подбираются постоянные h и k таким образом, чтобы в правой части исходного уравнения после подстановки пропали свободные члены. При подстановке x=u+h, y= υ+k в дробь приравниваются нулю свободные члены числителя и знаменателя, то есть записываются два равенства:



Определитель данной системы линейных алгебраических уравнений: , не равен нулю по условию, поэтому система имеет единственное решение, то есть существует единственная пара чисел h и k, такая что при подстановке x=u+h, y= υ+k правая часть исходного уравнения принимает вид , а само уравнение: . Полученное уравнение является однородным


2. Практическая часть


Задача 1. Найти общий интеграл дифференциального уравнения:



Решение:



– дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными


Разделим переменные:




Проинтегрируем выражение:





Ответ:


Задача 2. Найти общий интеграл дифференциального уравнения:



Решение:






Следовательно, исходное уравнение является однородным.


Пусть



Произведём замену в исходном уравнении:



- дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными


Разделим переменные:



Проинтегрируем а затем пропотенцируем выражение:




Но




Ответ:


Задача 3. Найти общий интеграл:


Решение:


- дифференциальное уравнение, приводящееся к однородному



Введём новые элементы:


,


где h и k должны удовлетворять уравнениям:


откуда


Таким образом:


откуда


Подставляя это в исходное уравнение, получим



Или



Сделаем подстановку:






-


дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными



Упростим левую часть выражения



1+z=A(z-1)+Bz


Z1
: 1=A+B A=-1


z0
: 1=-A B=2


Проинтегрируем уравнение (**)




ln|z|–2ln|z–1|=ln|U|+C



Пропотенцируем и подставим значение z в выражение



Упрощая данное выражение, получим:




Ответ:


Задача 4. Найти решение задачи Коши:


Решение:


– линейное уравнение


Воспользуемся методом Бернулли:





a)


Разделим переменные:




Проинтегрируем а затем пропотенцируем данное выражение:






б)


Разделяя переменные, подставляя значение υ и интегрируя выражение получим:







Следовательно:



Найдём значение С2


y|п
/4
=1/2




Ответ:


Задача 5. Решить задачу Коши:


Решение:





- линейное уравнение


Воспользуемся методом интегрирующего множителя:





Ответ:


Задача 6. Найти решение задачи Коши: , y(0)=1


Решение:


- уравнение Бернулли


Подёлим данное уравнение на (:y2
):



Произведём замену и подставим её в исходное уравнение:


z=y-1


Следовательно:



- линейное уравнение


Воспользуемся методом Бернулли:







Откуда:



Найдём значение С2



Следовательно:


Ответ:


Задача 7. Найти общий интеграл дифференциального уравнения:



Решение:



- дифференциальное уравнение в полных дифференциалах




Следовательно, левая часть уравнения является полным дифференциалом некоторой функции


(*)


Интегрируем по x первое из уравнений (*), при этом считаем, что С является функцией от y:



Дифференцируя полученное, имеем:



Но


Откуда:





Следовательно:



Ответ:



Задача 8. Для данного дифференциального уравнения методом изоклин построить интегральную кривую, проходящую через точку М.



Решение:


Чтобы решить данное дифференциальное уравнение необходимо построить семейство изоклин, показать на них угол наклона касательных и построить интегральные кривые таким образом, чтобы

они пересекали изоклины под соответствующим углом:



Откуда



В результате получим следующий график:



Задача 9. Найти линию, проходящую через точку М0
и обладающую тем свойством, что в любой точке М нормальный вектор с концом на оси ординат имеет длину равную а и образует угол с положительным направлением оси ординат. М0
(6;4), a=10


Решение:










Подставляя значения функции в точке M найдём значение С:




Ответ:


Задача 10. Найти общее решение дифференциального уравнения:



Решение:


- дифференциальное уравнение третьего порядка


Пусть


Подставив в исходное уравнение, получим:




Проинтегрируем и поделим на х данное выражение:



Следовательно:


Разделяя переменные и вновь интегрируя, получим:



Повторяем процедуру в третий раз и получаем искомое выражение для y





Ответ:


Задача 11. Найти общее решение дифференциального уравнения:



Решение:


Данное уравнение не содержит х в явном виде


Предположим, что откуда


Тогда исходное уравнение будет выглядеть так:



Разделим переменные и проинтегрируем выражение:




Но. Тогда



Однако: . Поэтому разделим переменные и проинтегрируем выражение:




Выясним значение С2
:



Следовательно:


Ответ:


Задача 12. Найти общее решение дифференциального уравнения:



Решение:


- НЛДУ четвёртого порядка


Решение будет записано в виде:



Запишем однородное линейное дифференциальное уравнение (ОЛДУ):



Составим и решим для ОЛДУ характеристическое уравнение:


k4
-3k3
+3k2
-k=0


k1
=0


k3
-3k2
+3k-1=0


k2
=1


по методу Горнера:


1 -3 3 -1


1 1 -2 1 0


k3
-2k2
+1=0


k3,4
=1


Общее решение будет равно:



Найдём частное решение:






6A-2Ax-B=2x




Откуда:


Ответ:


Задача 13. Найти общее решение дифференциального уравнения:



Решение:


- НЛДУ с постоянными коэффициентами


Составим ОЛДУ и решим соответствующее характеристическое уравнение





Решение НЛДУ запишется в виде:


Общее решение:


Найдём частное решение дифференциального уравнения:




Подставим найдённое в исходное уравнение и выразим коэффициенты




=>


Частное решение:


Решение дифференциального уравнения:



Ответ:


Задача 14. Найти общее решение дифференциального уравнения



Решение:


- НЛДУ с постоянными коэффициентами



Общее решение



Найдём частное решение:




Подставим найдённое в исходное уравнение и выразим неизвестные коэффициенты:





Частное решение уравнения:



=


Ответ: =


Задача 15. Найти общее решение дифференциального уравнения:


Решение:


По определению гиперболического синуса:



Найдём общее решение





Найдём частное решение:





Подставив в исходные уравнения, найдём значения коэффициентов:






Ответ:


Задача 16. Решить задачу Коши:


, ,


Решение:


- НЛДУ


Общее решение запишем в виде



Запишем ОЛДУ и найдём корни его характеристического уравнения:





Общее решение имеет вид:


Найдём решение частное:


,


где С1
и С2
– решения системы дифференциальных уравнений






По теореме Крамера:




Интегрируя выражения, получим:







Следовательно, решение будет выглядеть так:



Найдём значения С1
и С2







Ответ:


Задача 17. Решить систему дифференциальных уравнений



Решение:


Составим матрицу системы:



Составим характеристическое уравнение det(A-λE)=0, то есть:










Найдём собственные векторы


1)







2)








Запишем общее решение системы уравнений







Отсюда получаем:



Ответ:


Задача 18. Найти кривые, у которых точка пересечения любых касательных с осью абсцисс имеет абсциссу, вдвое меньшую абсциссы точки касания.


Решение:




Но



=>


Разделим переменные:



Проинтегрируем и пропотенцируем выражение:




Ответ:

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Дифференциальные уравнения

Слов:1230
Символов:13058
Размер:25.50 Кб.