Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Как продвинуть сайт на первые места?
    Вы создали или только планируете создать свой сайт, но не знаете, как продвигать? Продвижение сайта – это не просто процесс, а целый комплекс мероприятий, направленных на увеличение его посещаемости и повышение его позиций в поисковых системах.
    Ускорение продвижения
    Если вам трудно попасть на первые места в поиске самостоятельно, попробуйте технологию Буст, она ускоряет продвижение в десятки раз, а первые результаты появляются уже в течение первых 7 дней. Если ни один запрос у вас не продвинется в Топ10 за месяц, то в SeoHammer за бустер вернут деньги.
    Начать продвижение сайта
  • Пример выполнения типового расчета






    Задания 1 - 8, 10 -13. Найти общие решения (общие интегралы) дифференциальных уравнений. Где указано, найти решение задачи Коши.

    Задание 1. .

    Решение. Это уравнение простейшего типа. Его общее решение имеет вид (2.2):

    Под знаком интеграла неправильная дробно-рациональная функция. Выделяем целую часть

    .

    Интегрируя, получим

    Ответ:

    Задание 2.

    Решение. Это уравнение с разделяющимися переменными (см. (2.4.)). Запишем уравнение в дифференциальной форме:

    Разделив обе части уравнения на , получим уравнение с разделенными переменными

    Общий интеграл уравнения (см. (2.5)) имеет вид:

    Ответ:

    Задание 3. Найти решение задачи Коши: .

    Решение. Найдем сначала общее решение уравнения. Это линейное уравнение (см.(2.7.)). Решение уравнения ищем в виде:
    . Уравнение примет вид

    Выберем функцию так, чтобы тогда приходим к системе уравнений (см. (2.8)):

    Уравнение (9.1) - УРП. Разделим переменные

    Выберем одно решение этого уравнения (С=0):

    Находим решение уравнения (7.2):

    Общее решение уравнения имеет вид: .

    Найдем решение задачи Коши. Найдем значение постоянной С из условия: при . Имеем

    .

    Ответ. Решение задачи Коши: .

    Задание 4. .

    Решение. Это уравнение Бернулли (см.п. 2.6.). Решение ищем методом Бернулли:

    .

    Уравнение примет вид:

    Выберем функцию так, чтобы . Приходим к системе уравнений

    Найдем какое-нибудь решение уравнения (7.3).

    Тогда .

    Уравнение (7.4) примет вид

    Общий интеграл уравнения: . Отсюда

    Ответ. Общее решение:

    Задание 5. .

    Решение. Правая часть этого уравнения есть функция . Следовательно, это однородное уравнение (см.п. 2.4). Делаем замену . Тогда

    Уравнение примет вид

    Это УРП. Разделяем переменные

    Отсюда

    Подставив , получим общий интеграл уравнения.

    Ответ.

    Задание 6.

    Решение. Обозначим . Тогда

    .

    Следовательно, это уравнение в полных дифференциалах. Общий интеграл уравнения (см. п. 2.7): ,

    где функция находится из системы уравнений (2.13):

    Интегрируем уравнение (7.5):

    , (9.7)

    где неизвестная дифференцируемая функция аргумента .

    Подставим (7.7) в уравнение (7.6):

    Отсюда .

    Согласно формуле (7.7)

    Ответ. Общий интеграл

    Задание 7.

    Решение. Это уравнение второго порядка и явно не содержит функции . Согласно пункту (4.1) вводим новую функцию и приходим к системе уравнений

    Уравнение (7.8) - УРП. Разделяем переменные (положить )

    .

    Отсюда (учесть, что ) получим

    Подставляем в уравнение (9.9). Оно простейшего типа.

    Согласно (2.1)

    .

    Ответ. Общее решение .

    Задание 8.

    Решение. Дифференциальное уравнение второго порядка не содержит явно переменной «». Согласно (4.2) считаем переменной интегрирования и полагаем .

    Приходим к системе уравнений

    Разделяем переменные в уравнении (7.10):

    Отсюда . Уравнение (7.11) примет вид

    Это уравнение с разделяющимися переменными (УРП):

    Ответ. Общий интеграл уравнения: .

    Задание 9. Даны корни характеристического уравнения ЛОУ второго порядка с постоянными коэффициентами: . Правая часть ЛНУ: Написать частное решение ЛНУ (коэффициенты не находить).

    Решение. Правая часть уравнения - сумма трех функций специального вида: , где

    1) многочлен второго порядка, ;

    2)

    3) .

    Согласно таблице 2 частное решение ЛНУ, соответствующее , имеет вид: ; функции -

    ; функции

    .

    Частное решение ЛНУ с функцией в правой части имеет вид:

    + .

    Коэффициенты неизвестны.

    Ответ.

    Задание 10. .

    Решение. Это ЛНУ второго порядка с правой частью специального вида (таб.2, п.3). Находим общее решение однородного уравнения

    Характеристическое уравнение

    .

    Его корни .

    Следовательно (см. таб.1), общее решение ЛОУ имеет вид

    В правой части ЛНУ многочлен второго порядка, кроме того

    Частное решение ЛНУ (см.табл.2, п.3) ищем в виде

    . Тогда

    Подставив в исходное уравнение , получим

    Приравниваем коэффициенты при одинаковых степенях справа и слева:

    Частное решение имеет вид

    Общее решение имеет вид

    Ответ.

     

    Задание 11.

    Решение. Это ЛНУ второго порядка с правой частью специального вида (таб.2, п.3). Находим общее решение однородного уравнения

    Характеристическое уравнение

    имеет корни . Общее решение ЛОУ (см. табл. 1)

    Найдем частное решение ЛНУ. Его правая часть специального вида

    Частное решение ищем в виде

    . Тогда

    .

    Подставив в исходное уравнение , получим

    Частное решение ЛНУ имеет вид , общее решение -

    Ответ.

    Задание 12.

    Решение. Это ЛНУ второго порядка с правой частью нестандартного вида. Находим фундаментальную систему решений ЛОУ:

    Его характеристическое уравнение

    Корни уравнения .

    Фундаментальная система решений (см.табл.1)

    Тогда

    Решение ЛНУ ищется в виде

    (9.12)

    Система уравнений (6.6) для определения примет вид

    Используем формулы Крамера. Определитель системы

    (проверьте!)

    Вспомогательные определители

    Итак,

     

    Тогда

    Здесь произвольные постоянные.

    Подставляя в формулу (9.12) получим общее решение ЛНУ.

    Ответ.

    Задание 13. Найти решение задачи Коши: , (9.13)

    (9.14)

    Решение. Найдем общее решение ЛНУ (9.13). Его правая часть специального вида. Используем метод неопределенных коэффициентов.

    Характеристическое уравнение

    Общее решение однородного уравнения (см. табл.1)

    (9.15)

    Правая часть ЛНУ ,

    Следовательно, (см. табл.2), частное решение надо искать в виде:

    .

    Дифференцируем и подставляем в уравнение (9.13):

    ,

    (7.13): .

    Приравниваем коэффициенты при и при справа и слева

    Частное решение уравнения (7.13): .

    Общее решение уравнения (7.13):

    (9.16)

    Отсюда (9.17)

    Найдем решение задачи Коши. Подставим в (7.16) и (7.17)

    Ответ. Решение задачи Коши

    Задание 14. Найти решение задачи Коши системы тремя методами: методом исключения, методом Эйлера, операторным методом.

    , . (9.18)

     

    Решение. Подробное изложение данной темы см. в [1].

    Метод исключения.

    Дифференцируем по аргументу «» одно из уравнений системы, например, первое:

    Подставляем из второго уравнения

    (9.19)

    Из первого уравнения находим

    и подставляем его в уравнение (9.19)

    .

    Т.о., мы приходим к системе уравнений

    Первое уравнение системы - ЛОУ второго порядка с постоянными коэффициентами. Его характеристическое уравнение

    Общее решение (см. табл. 1) имеет вид

    (9.20)

    Тогда . Второе уравнение системы дает

    (9.21)

    В уравнениях (7.20) и (7.21) положим :

    .

    Подставляем в уравнения (7.20) и (7.21) и получаем решение задачи Коши.

    Ответ. ,

    Метод Эйлера. Характеристическое уравнение (9.3) системы имеет вид

    .

    Отсюда

    Числа , соответствующие собственному числу находим из системы (см. (7.4))

    .

    Аналогично, числа , соответствующие собственному числу находим из системы (см. (7.4))

    .

    Два линейно независимых частных решений системы имеют вид

    Общее решение

    .

    В развернутом виде общее решение системы -

    Положим . Тогда

    Решение задачи Коши имеет вид

    Получен тот же результат, что и методом исключения.

    Операционный метод. Обозначим изображения неизвестных функций

    ¸ ¸

    Тогда изображения производных (см.п.8)

    ¸ ¸

    Изображение системы (7.18) имеет вид

    Решение системы находим по формулам Крамера.

    Определитель системы ,

    Операторное решение системы уравнений (7.8) имеет вид

    По таблице 3 изображений и оригиналов находим

    ¸ , ¸

    Тогда решение задачи Коши (7.8) имеет вид

    , ,

    что совпадает с решением по другим методам.

    Ответ. , .

     

    Задание 15. Тело массой подброшено вертикально вверх с поверхности планеты () со скоростью и замедляет движение под действием веса тела и силы сопротивления среды: где расстояние от тела до начала координат в момент времени Найти закон движения тела и время первой остановки тела.

    Решение.

    В заданиях 15 используется второй закон Ньютона:

    , где вектор ускорения, масса тела, суммарный вектор действующих сил.

    Если движение прямолинейное, ось направлена вертикально вверх и расстояние от начала координат до движущегося тела в момент времени , то уравнение движения согласно условию задачи примет вид:

    Это ЛНУ с постоянными коэффициентами и правой частью специального вида. Характеристическое уравнение имеет вид

    Общее решение соответствующего однородного уравнения имеет вид

    Частное решение (см. табл.2) ищем в виде

    .

    Для определения получаем уравнение:

    Общее решение ЛНУ

    Начальные условия: (в начальный момент времени тело находилось на поверхности планеты - в начале координат);

    .

    Для определения имеет систему уравнений

    Закон движения тела:

    Скорость тела: .

    Время первой остановки тела (скорость равна нулю):






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.