Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Линейные неоднородные дифференциальные уравнения второго порядка






    Пусть дано неоднородное линейное уравнение второго порядка:

    (13.17)

    Структура общего решения такого уравнения определяется следующей теоремой:

    Теорема 13.1. Общее решение неоднородного уравнения (12.17) представляется как сумма какого-нибудь частного решения этого уравнения и общего решения соответствующего однородного уравнения:

    (13.18)

    Таким образом, общее решения уравнения (12.17):

    (13.19)

    Пусть имеем уравнение

    (13.20)

    где и — действительные числа.

    В случае уравнения с постоянными коэффициентами частное решение неоднородного дифференциального уравнения иногда бывает возможно найти сравнительно просто, не прибегая к интегрированию. Рассмотрим несколько таких случаев.

    I. Пусть правая часть уравнения (12.20) представляет собой произведение показательной функции на многочлен, т. е. имеет вид:

    (13.21)

    где — многочлен й степени. Тогда возможны следующие частные случаи:

    а) Число не является корнем характеристического уравнения .

    В этом случае частное решение следует искать в виде:

    (13.22)

    б) Число является однократным корнем характеристического уравнения. Частное решение в этом случае:

    (13.23)

    в) Число является двукратным корнем характеристического уравнения. В этом случае частное решение будет иметь вид:

    (13.24)

    II. Пусть правая часть уравнения (13.20) будет иметь вид:

    (13.25)

    где и — многочлены.

    а) Если число есть корень характеристического уравнения, то частное решение уравнения (13.20) следует искать в виде:

    (13.26)

    где и — многочлены, степень которых равна наивысшей степени многочленов и .

    б) Если число есть корень характеристического уравнения, то частное решение уравнения (13.20) следует искать в виде:

    (13.27)

    При этом во избежании возможных ошибок следует отметить, что указанные формы частных решений (13.26) и (13.27), очевидно, сохраняются и в том случае, когда в правой части уравнения (13.20) один из многочленов и тождественно равен нулю, т.е., когда правая часть имеет вид: или .

    Рассмотрим далее важный частный случай. Пусть правая часть линейного уравнения второго порядка имеет вид:

    (13.28)

    где и — постоянные числа.

    а) Если не является корнем характеристического уравнения, то частное решение следует искать в виде:

    (13.29)

    б) Если является корнем характеристического уравнения, то частное решение следует искать в виде:

    (13.30)

    Пример 13.3.

    .

    Решение будем искать в виде: .

    Характеристическое уравнение

    , (13.31)

    Общее решение соответствующего однородного уравнения . Частное решение данного неоднородного уравнения имеет вид многочлена второй степени . Продифференцируем его два раза: ; и подставим , , в левую часть исходного уравнения: . Приравнивая между собой коэффициенты левой и правой части при одинаковых степенях неизвестной, получим систему уравнений, из которой найдем коэффициенты A, B, C:

    при ;

    при ;

    т.е. (13.32)

    при ,

    Отсюда , , . Тогда и общее решение данного неоднородного дифференциального уравнения имеет вид:

    .

     

     






    © 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.