Как убрать дифференциал в уравнении

Видео:Дифференциальные уравнения. 11 класс.Скачать

Дифференциальные уравнения. 11 класс.

Примеры решения дифференциальных уравнений с ответами

Простое объяснение принципов решения дифференциальных уравнений и 10 наглядных примеров. В каждом примере поэтапный ход решения и ответ.

Видео:11. Уравнения в полных дифференциалахСкачать

11. Уравнения в полных дифференциалах

Алгоритм решения дифференциальных уравнений

Дифференциальные уравнения не так сильно отличаются от привычных уравнений, где необходимо найти переменную x , как кажется на первый взгляд. Всё различие лишь в том, что в дифференциальных уравнениях мы ищем не переменную, а функцию у(х) , с помощью которой можно обратить уравнение в равенство.

Дифференциальное уравнение – это уравнение, содержащее саму функцию (y=y(x)), производные функции или дифференциалы (y′, y″) и независимые переменные (наиболее распространённая – х). Обыкновенным дифференциальным уравнением называют уравнение, в котором содержится неизвестная функция под знаком производной или под знаком дифференциала.

Чтобы решить ДУ, необходимо найти множество всех функций, которые удовлетворяют данному уравнению. Это множество в большинстве случаев выглядит следующим образом:y=f(x; С), где С – произвольная постоянная.

Проверить решённое ДУ можно, подставив найденную функцию в изначальное уравнение и убедившись, что уравнение обращается в тождество (равенство).

Видео:18+ Математика без Ху!ни. Дифференциальные уравнения.Скачать

18+ Математика без Ху!ни. Дифференциальные уравнения.

Примеры решения дифференциальных уравнений

Задание

Решить дифференциальное уравнение xy’=y.

Решение

В первую очередь, необходимо переписать уравнение в другой вид. Пользуясь

Как убрать дифференциал в уравнении

переписываем дифференциальное уравнение, получаем

Как убрать дифференциал в уравнении

Дальше смотрим, насколько реально разделить переменные, то есть путем обычных манипуляций (перенос слагаемых из части в часть, вынесение за скобки и пр.) получить выражение, где «иксы» с одной стороны, а «игреки» с другой. В данном уравнении разделить переменные вполне реально, и после переноса множителей по правилу пропорции получаем

Как убрать дифференциал в уравнении

Далее интегрируем полученное уравнение:

Как убрать дифференциал в уравнении

В данном случае интегралы берём из таблицы:

Как убрать дифференциал в уравнении

После того, как взяты интегралы, дифференциальное уравнение считается решённым. Решение дифференциального уравнения в неявном виде называется общим интегралом дифференциального уравнения.

Как убрать дифференциал в уравнении

– это общий интеграл. Также для удобства и красоты, его можно переписать в другом виде: y=Cx, где С=Const

Ответ

Задание

Найти частное решение дифференциального уравнения

Как убрать дифференциал в уравнении

Решение

Действуем по тому же алгоритму, что и в предыдущем решении.

Переписываем производную в нужном виде, разделяем переменные и интегрируем полученное уравнение:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Получили общий интеграл.Далее, воспользуемся свойством степеней, выразим у в «общем» виде и перепишем функцию:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Если – это константа, то

Как убрать дифференциал в уравнении0]» title=»Rendered by QuickLaTeX.com» />

– тоже некоторая константа, заменим её буквой С:

Как убрать дифференциал в уравнении

– убираем модуль и теперь константа может принимать и положительные, и отрицательные значения.

Получаем общее решение:

Как убрать дифференциал в уравнении

Ответ

Как убрать дифференциал в уравнении

Задание

Решить дифференциальное уравнение

Как убрать дифференциал в уравнении

Решение

В первую очередь необходимо переписать производную в необходимом виде:

Как убрать дифференциал в уравнении

Второй шаг – разделение переменных и перенос со сменой знака второго слагаемого в правую часть:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

После разделения переменных, интегрируем уравнение, как в примерах выше.

Как убрать дифференциал в уравнении

Чтобы решить интегралы из левой части, применим метод подведения функции под знак дифференциала:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

В ответе мы получили одни логарифмы и константу, их тоже определяем под логарифм.

Далее упрощаем общий интеграл:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Приводим полученный общий интеграл к виду: F(x,y)=C:

Как убрать дифференциал в уравнении

Чтобы ответ смотрелся красивее, обе части необходимо возвести в квадрат.

Ответ

Как убрать дифференциал в уравнении

Задание

Найти частное решение дифференциального уравнения

Как убрать дифференциал в уравнении

удовлетворяющее начальному условию y(0)=ln2.

Решение

Первый шаг – нахождение общего решения. То, что в исходном уравнении уже находятся готовые дифференциалы dy и dx значительно упрощает нам решение.

Начинаем разделять переменные и интегрировать уравнение:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Мы получили общий интеграл и следующий шаг – выразить общее решение. Для этого необходимо прологарифмировать обе части. Знак модуля не ставим, т.к. обе части уравнения положительные.

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Получаем общее решение:

Как убрать дифференциал в уравнении

Далее необходимо найти частное решение, которое соответствует заданному начальному условию y(0)=ln2.

В общее решение вместо «икса» подставляем ноль, а вместо «игрека» логарифм двух:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Подставляем найденное значение константы C=1 в общее решение.

Ответ

Как убрать дифференциал в уравнении

Задание

Решить дифференциальное уравнение

Как убрать дифференциал в уравнении

Решение

При внимательном разборе данного уравнения видно, что можно разделить переменные, что и делаем, после интегрируем:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

В данном случае константу C считается не обязательным определять под логарифм.

Ответ

Как убрать дифференциал в уравнении

Задание

Найти частное решение дифференциального уравнения

Как убрать дифференциал в уравнении

удовлетворяющее начальному условию y(1)=e. Выполнить проверку.

Решение

Как и в предыдущих примерах первым шагом будет нахождение общего решения. Для этого начинаем разделять переменные:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Общий интеграл получен, осталось упростить его. Упаковываем логарифмы и избавляемся от них:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

можно выразить функцию в явном виде.

Как убрать дифференциал в уравнении

Осталось найти частное решение, удовлетворяющее начальному условию y(1)=e.

Как убрать дифференциал в уравнении

Подставляем найденное значение константы C=1 в общее решение.

Ответ

Как убрать дифференциал в уравнении

Проверка

Необходимо проверить, выполняется ли начальное условие:

Как убрать дифференциал в уравнении

Из равенства выше видно, что начальное условие y(1)=e выполнено.

Далее проводим следующую проверку: удовлетворяет ли вообще частное решение

Как убрать дифференциал в уравнении

дифференциальному уравнению. Для этого находим производную:

Как убрать дифференциал в уравнении

Подставим полученное частное решение

Как убрать дифференциал в уравнении

и найденную производную в исходное уравнение

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Получено верное равенство, значит, решение найдено правильно.

Задание

Найти общий интеграл уравнения

Как убрать дифференциал в уравнении

Решение

Данное уравнение допускает разделение переменных. Разделяем переменные и интегрируем:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Ответ

Как убрать дифференциал в уравнении

Задание

Найти частное решение ДУ.

Как убрать дифференциал в уравнении

Решение

Данное ДУ допускает разделение переменных. Разделяем переменные:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Найдем частное решение (частный интеграл), соответствующий заданному начальному условию

Как убрать дифференциал в уравнении

Подставляем в общее решение

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Ответ

Как убрать дифференциал в уравнении

Задание

Решить дифференциальное уравнение

Как убрать дифференциал в уравнении

Решение

Данное уравнение допускает разделение переменных. Разделяем переменные и интегрируем:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Левую часть интегрируем по частям:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

В интеграле правой части проведем замену:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

(здесь дробь раскладывается методом неопределенных коэффициентов)

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Ответ

Как убрать дифференциал в уравнении

Задание

Решить дифференциальное уравнение

Как убрать дифференциал в уравнении

Решение

Данное уравнение допускает разделение переменных.

Разделяем переменные и интегрируем:

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Методом неопределенных коэффициентов разложим подынтегральную функцию в сумму элементарных дробей:

Видео:Откуда появляются дифференциальные уравнения и как их решатьСкачать

Откуда появляются дифференциальные уравнения и как их решать

Дифференциальные уравнения в полных дифференциалах

Как убрать дифференциал в уравнении

Видео:✓Дифференцируемая функция. Дифференциал | матан #032 | Борис ТрушинСкачать

✓Дифференцируемая функция. Дифференциал | матан #032 | Борис Трушин

Введение

Если найдена такая функция U ( x, y ) , то уравнение принимает вид:
dU ( x, y ) = 0 .
Его общий интеграл:
U ( x, y ) = C ,
где C – постоянная.

Если дифференциальное уравнение первого порядка записано через производную:
,
то его легко привести к форме (1). Для этого умножим уравнение на dx . Тогда . В результате получаем уравнение, выраженное через дифференциалы:
(1) .

Видео:Дифференциал функцииСкачать

Дифференциал функции

Свойство дифференциального уравнения в полных дифференциалах

Для того, чтобы уравнение (1) было уравнением в полных дифференциалах, необходимо и достаточно, чтобы выполнялось соотношение:
(2) .

Доказательство

Далее мы полагаем, что все функции, используемые в доказательстве, определены и имеют соответствующие производные в некоторой области значений переменных x и y . Точка x 0 , y 0 также принадлежит этой области.

Докажем необходимость условия (2).
Пусть левая часть уравнения (1) является дифференциалом некоторой функции U ( x, y ) :
.
Тогда
;
.
Поскольку вторая производная не зависит от порядка дифференцирования, то
;
.
Отсюда следует, что . Необходимость условия (2) доказана.

Докажем достаточность условия (2).
Пусть выполняется условие (2):
(2) .
Покажем, что можно найти такую функцию U ( x, y ) , что ее дифференциал:
.
Это означает, что существует такая функция U ( x, y ) , которая удовлетворяет уравнениям:
(3) ;
(4) .
Найдем такую функцию. Проинтегрируем уравнение (3) по x от x 0 до x , считая что y – это постоянная:
;
;
(5) .
Дифференцируем по y считая, что x – это постоянная и применим (2):

.
Уравнение (4) будет выполнено, если
.
Интегрируем по y от y 0 до y :
;
;
.
Подставляем в (5):
(6) .
Итак, мы нашли функцию, дифференциал которой
.
Достаточность доказана.

В формуле (6), U ( x 0 , y 0) является постоянной – значением функции U ( x, y ) в точке x 0 , y 0 . Ей можно присвоить любое значение.

Видео:13. Как решить дифференциальное уравнение первого порядка?Скачать

13. Как решить дифференциальное уравнение первого порядка?

Как распознать дифференциальное уравнение в полных дифференциалах

Рассмотрим дифференциальное уравнение:
(1) .
Чтобы определить, является ли это уравнение в полных дифференциалах, нужно проверить выполнение условия (2):
(2) .
Если оно выполняется, то это уравнение в полных дифференциалах. Если нет – то это не уравнение в полных дифференциалах.

Пример

Проверить, является ли уравнение в полных дифференциалах:
.

Здесь
, .
Дифференцируем по y , считая x постоянной:

.
Дифференцируем по x , считая y постоянной:

.
Поскольку:
,
то заданное уравнение – в полных дифференциалах.

Видео:Дифференциальные уравнения, 6 урок, Уравнения в полных дифференциалахСкачать

Дифференциальные уравнения, 6 урок, Уравнения в полных дифференциалах

Методы решения дифференциальных уравнений в полных дифференциалах

Метод последовательного выделения дифференциала

Наиболее простым методом решения уравнения в полных дифференциалах является метод последовательного выделения дифференциала. Для этого мы применяем формулы дифференцирования, записанные в дифференциальной форме:
du ± dv = d ( u ± v ) ;
v du + u dv = d ( uv ) ;
;
.
В этих формулах u и v – произвольные выражения, составленные из любых комбинаций переменных.

Пример 1

Ранее мы нашли, что это уравнение – в полных дифференциалах. Преобразуем его:
(П1) .
Решаем уравнение, последовательно выделяя дифференциал.
;
;
;
;

.
Подставляем в (П1):
;
.

Метод последовательного интегрирования

В этом методе мы ищем функцию U ( x, y ) , удовлетворяющую уравнениям:
(3) ;
(4) .

Проинтегрируем уравнение (3) по x , считая y постоянной:
.
Здесь φ ( y ) – произвольная функция от y , которую нужно определить. Она является постоянной интегрирования. Подставляем в уравнение (4):
.
Отсюда:
.
Интегрируя, находим φ ( y ) и, тем самым, U ( x, y ) .

Пример 2

Решить уравнение в полных дифференциалах:
.

Ранее мы нашли, что это уравнение – в полных дифференциалах. Введем обозначения:
, .
Ищем Функцию U ( x, y ) , дифференциал которой является левой частью уравнения:
.
Тогда:
(3) ;
(4) .
Проинтегрируем уравнение (3) по x , считая y постоянной:
(П2)
.
Дифференцируем по y :

.
Подставим в (4):
;
.
Интегрируем:
.
Подставим в (П2):

.
Общий интеграл уравнения:
U ( x, y ) = const .
Объединяем две постоянные в одну.

Метод интегрирования вдоль кривой

Функцию U , определяемую соотношением:
dU = p ( x, y ) dx + q ( x, y ) dy ,
можно найти, если проинтегрировать это уравнение вдоль кривой, соединяющей точки ( x 0 , y 0) и ( x, y ) :
(7) .
Поскольку
(8) ,
то интеграл зависит только от координат начальной ( x 0 , y 0) и конечной ( x, y ) точек и не зависит от формы кривой. Из (7) и (8) находим:
(9) .
Здесь x 0 и y 0 – постоянные. Поэтому U ( x 0 , y 0) – также постоянная.

Пример такого определения U был получен при доказательстве свойства уравнения в полных дифференциалах:
(6) .
Здесь интегрирование производится сначала по отрезку, параллельному оси y , от точки ( x 0 , y 0 ) до точки ( x 0 , y ) . Затем интегрирование производится по отрезку, параллельному оси x , от точки ( x 0 , y ) до точки ( x, y ) .

В более общем случае, нужно представить уравнение кривой, соединяющей точки ( x 0 , y 0 ) и ( x, y ) в параметрическом виде:
x 1 = s ( t 1) ; y 1 = r ( t 1) ;
x 0 = s ( t 0) ; y 0 = r ( t 0) ;
x = s ( t ) ; y = r ( t ) ;
и интегрировать по t 1 от t 0 до t .

Наиболее просто выполняется интегрирование по отрезку, соединяющим точки ( x 0 , y 0 ) и ( x, y ) . В этом случае:
x 1 = x 0 + ( x – x 0) t 1 ; y 1 = y 0 + ( y – y 0) t 1 ;
t 0 = 0 ; t = 1 ;
dx 1 = ( x – x 0) dt 1 ; dy 1 = ( y – y 0) dt 1 .
После подстановки, получается интеграл по t от 0 до 1 .
Данный способ, однако, приводит к довольно громоздким вычислениям.

Использованная литература:
В.В. Степанов, Курс дифференциальных уравнений, «ЛКИ», 2015.

Автор: Олег Одинцов . Опубликовано: 10-08-2012 Изменено: 02-07-2015

Видео:Дифференциальные уравнения, 1 урок, Дифференциальные уравнения. Основные понятияСкачать

Дифференциальные уравнения, 1 урок, Дифференциальные уравнения. Основные понятия

Методические рекомендации для преподавателей математики и студентов средних специальных учебных заведений по теме «Дифференциальные уравнения»

Разделы: Математика

I. Обыкновенные дифференциальные уравнения

1.1. Основные понятия и определения

Дифференциальным уравнением называется уравнение, связывающее между собой независимую переменную x, искомую функцию y и её производные или дифференциалы.

Символически дифференциальное уравнение записывается так:

Дифференциальное уравнение называется обыкновенным, если искомая функция зависит от одного независимого переменного.

Решением дифференциального уравнения называется такая функция Как убрать дифференциал в уравнении, которая обращает это уравнение в тождество.

Порядком дифференциального уравнения называется порядок старшей производной, входящей в это уравнение

1. Рассмотрим дифференциальное уравнение первого порядка

Как убрать дифференциал в уравнении

Решением этого уравнения является функция y = 5 ln x. Действительно, Как убрать дифференциал в уравнении, подставляя y’ в уравнение, получим Как убрать дифференциал в уравнении– тождество.

А это и значит, что функция y = 5 ln x– есть решение этого дифференциального уравнения.

2. Рассмотрим дифференциальное уравнение второго порядка y» — 5y’ +6y = 0. Функция Как убрать дифференциал в уравнении– решение этого уравнения.

Действительно, Как убрать дифференциал в уравнении.

Подставляя эти выражения в уравнение, получим: Как убрать дифференциал в уравнении, Как убрать дифференциал в уравнении– тождество.

А это и значит, что функция Как убрать дифференциал в уравнении– есть решение этого дифференциального уравнения.

Интегрированием дифференциальных уравнений называется процесс нахождения решений дифференциальных уравнений.

Общим решением дифференциального уравнения называется функция вида Как убрать дифференциал в уравнении,в которую входит столько независимых произвольных постоянных, каков порядок уравнения.

Частным решением дифференциального уравнения называется решение, полученное из общего решения при различных числовых значениях произвольных постоянных. Значения произвольных постоянных находится при определённых начальных значениях аргумента и функции.

График частного решения дифференциального уравнения называется интегральной кривой.

1.Найти частное решение дифференциального уравнения первого порядка

xdx + ydy = 0, если y = 4 при x = 3.

Решение. Интегрируя обе части уравнения, получим Как убрать дифференциал в уравнении

Замечание. Произвольную постоянную С, полученную в результате интегрирования, можно представлять в любой форме, удобной для дальнейших преобразований. В данном случае, с учётом канонического уравнения окружности произвольную постоянную С удобно представить в виде Как убрать дифференциал в уравнении.

Как убрать дифференциал в уравнении— общее решение дифференциального уравнения.

Частное решение уравнения, удовлетворяющее начальным условиям y = 4 при x = 3 находится из общего подстановкой начальных условий в общее решение: 3 2 + 4 2 = C 2 ; C=5.

Подставляя С=5 в общее решение, получим x 2 +y 2 = 5 2 .

Это есть частное решение дифференциального уравнения, полученное из общего решения при заданных начальных условиях.

2. Найти общее решение дифференциального уравнения Как убрать дифференциал в уравнении

Решением этого уравнения является всякая функция вида Как убрать дифференциал в уравнении, где С – произвольная постоянная. Действительно, подставляя в уравнения Как убрать дифференциал в уравнении, получим: Как убрать дифференциал в уравнении, Как убрать дифференциал в уравнении.

Следовательно, данное дифференциальное уравнение имеет бесконечное множество решений, так как при различных значениях постоянной С равенство Как убрать дифференциал в уравненииопределяет различные решения уравнения Как убрать дифференциал в уравнении.

Например, непосредственной подстановкой можно убедиться, что функции Как убрать дифференциал в уравненииявляются решениями уравнения Как убрать дифференциал в уравнении.

Задача, в которой требуется найти частное решение уравнения y’ = f(x,y) удовлетворяющее начальному условию y(x0) = y0, называется задачей Коши.

Решение уравнения y’ = f(x,y), удовлетворяющее начальному условию, y(x0) = y0, называется решением задачи Коши.

Решение задачи Коши имеет простой геометрический смысл. Действительно, согласно данным определениям, решить задачу Коши y’ = f(x,y) при условии y(x0) = y0,, означает найти интегральную кривую уравнения y’ = f(x,y) которая проходит через заданную точку M0(x0,y0).

II. Дифференциальные уравнения первого порядка

2.1. Основные понятия

Дифференциальным уравнением первого порядка называется уравнение вида F(x,y,y’) = 0.

В дифференциальное уравнение первого порядка входит первая производная и не входят производные более высокого порядка.

Уравнение y’ = f(x,y) называется уравнением первого порядка, разрешённым относительно производной.

Общим решением дифференциального уравнения первого порядка называется функция вида Как убрать дифференциал в уравнении, которая содержит одну произвольную постоянную.

Пример. Рассмотрим дифференциальное уравнение первого порядка Как убрать дифференциал в уравнении.

Решением этого уравнения является функция Как убрать дифференциал в уравнении.

Действительно, заменив в данном уравнении, Как убрать дифференциал в уравненииего значением, получим

Как убрать дифференциал в уравнении Как убрать дифференциал в уравнениито есть 3x=3x

Следовательно, функция Как убрать дифференциал в уравненииявляется общим решением уравнения Как убрать дифференциал в уравнениипри любом постоянном С.

Найти частное решение данного уравнения, удовлетворяющее начальному условию y(1)=1 Подставляя начальные условия x = 1, y =1 в общее решение уравнения Как убрать дифференциал в уравнении, получим Как убрать дифференциал в уравненииоткуда C = 0.

Таким образом, частное решение получим из общего Как убрать дифференциал в уравненииподставив в это уравнение, полученное значение C = 0 Как убрать дифференциал в уравнении Как убрать дифференциал в уравнении– частное решение.

2.2. Дифференциальные уравнения с разделяющимися переменными

Дифференциальным уравнением с разделяющимися переменными называется уравнение вида: y’=f(x)g(y) или через дифференциалы Как убрать дифференциал в уравнении, где f(x) и g(y)– заданные функции.

Для тех y, для которых Как убрать дифференциал в уравнении, уравнение y’=f(x)g(y) равносильно уравнению, Как убрать дифференциал в уравнениив котором переменная y присутствует лишь в левой части, а переменная x- лишь в правой части. Говорят, «в уравнении y’=f(x)g(y разделим переменные».

Уравнение вида Как убрать дифференциал в уравненииназывается уравнением с разделёнными переменными.

Проинтегрировав обе части уравнения Как убрать дифференциал в уравнениипо x, получим G(y) = F(x) + C– общее решение уравнения, где G(y) и F(x) – некоторые первообразные соответственно функций Как убрать дифференциал в уравнениии f(x), C произвольная постоянная.

Алгоритм решения дифференциального уравнения первого порядка с разделяющимися переменными

  1. Производную функции переписать через её дифференциалы Как убрать дифференциал в уравнении
  2. Разделить переменные.
  3. Проинтегрировать обе части равенства, найти общее решение.
  4. Если заданы начальные условия, найти частное решение.

Решить уравнение y’ = xy

Решение. Производную функции y’ заменим на Как убрать дифференциал в уравненииКак убрать дифференциал в уравнении

разделим переменные Как убрать дифференциал в уравненииКак убрать дифференциал в уравнении

проинтегрируем обе части равенства:

Как убрать дифференциал в уравнении

Ответ: Как убрать дифференциал в уравнении

Найти частное решение уравнения

Это—уравнение с разделенными переменными. Представим его в дифференциалах. Для этого перепишем данное уравнение в виде Как убрать дифференциал в уравненииОтсюда Как убрать дифференциал в уравнении

Интегрируя обе части последнего равенства, найдем Как убрать дифференциал в уравнении

Подставив начальные значения x0 = 1, y0 = 3 найдем С 9=1-1+C, т.е. С = 9.

Следовательно, искомый частный интеграл будет Как убрать дифференциал в уравненииили Как убрать дифференциал в уравнении

Составить уравнение кривой, проходящей через точку M(2;-3) и имеющей касательную с угловым коэффициентом Как убрать дифференциал в уравнении

Решение. Согласно условию Как убрать дифференциал в уравнении

Это уравнение с разделяющимися переменными. Разделив переменные, получим: Как убрать дифференциал в уравнении

Проинтегрировав обе части уравнения, получим: Как убрать дифференциал в уравнении

Используя начальные условия, x = 2 и y = — 3 найдем C:

Как убрать дифференциал в уравнении

Следовательно, искомое уравнение имеет вид Как убрать дифференциал в уравнении

2.3. Линейные дифференциальные уравнения первого порядка

Линейным дифференциальным уравнением первого порядка называется уравнение вида y’ = f(x)y + g(x)

где f(x) и g(x) — некоторые заданные функции.

Если g(x)=0 то линейное дифференциальное уравнение называется однородным и имеет вид: y’ = f(x)y

Если Как убрать дифференциал в уравнениито уравнение y’ = f(x)y + g(x) называется неоднородным.

Общее решение линейного однородного дифференциального уравнения y’ = f(x)y задается формулой: Как убрать дифференциал в уравнениигде С – произвольная постоянная.

В частности, если С =0, то решением является y = 0 Если линейное однородное уравнение имеет вид y’ = ky где k — некоторая постоянная, то его общее решение имеет вид: Как убрать дифференциал в уравнении.

Общее решение линейного неоднородного дифференциального уравнения y’ = f(x)y + g(x) задается формулой Как убрать дифференциал в уравнении,

т.е. равно сумме общего решения соответствующего линейного однородного уравнения и частного решения Как убрать дифференциал в уравненииданного уравнения.

Для линейного неоднородного уравнения вида Как убрать дифференциал в уравненииy’ = kx + b,

где k и b— некоторые числа и Как убрать дифференциал в уравнениичастным решением будет являться постоянная функция Как убрать дифференциал в уравнении. Поэтому общее решение имеет вид Как убрать дифференциал в уравнении.

Пример. Решить уравнение y’ + 2y +3 = 0

Решение. Представим уравнение в виде y’ = -2y — 3 где k = -2, b= -3 Общее решение задается формулой Как убрать дифференциал в уравненииКак убрать дифференциал в уравнении.

Следовательно, Как убрать дифференциал в уравнениигде С – произвольная постоянная.

Ответ: Как убрать дифференциал в уравнении

2.4. Решение линейных дифференциальных уравнений первого порядка методом Бернулли

Нахождение общего решения линейного дифференциального уравнения первого порядка y’ = f(x)y + g(x) сводится к решению двух дифференциальных уравнений с разделенными переменными с помощью подстановки y=uv, где u и v — неизвестные функции от x. Этот метод решения называется методом Бернулли.

Алгоритм решения линейного дифференциального уравнения первого порядка

1. Ввести подстановку y=uv.

2. Продифференцировать это равенство y’ = u’v + uv’

3. Подставить y и y’ в данное уравнение: u’v + uv’ = f(x)uv + g(x) или u’v + uv’ + f(x)uv = g(x).

4. Сгруппировать члены уравнения так, чтобы u вынести за скобки: Как убрать дифференциал в уравненииКак убрать дифференциал в уравнении

5. Из скобки, приравняв ее к нулю, найти функцию Как убрать дифференциал в уравненииКак убрать дифференциал в уравнении

Это уравнение с разделяющимися переменными: Как убрать дифференциал в уравнении

Разделим переменные и получим: Как убрать дифференциал в уравнении

Откуда Как убрать дифференциал в уравнении. Как убрать дифференциал в уравнении.

6. Подставить полученное значение v в уравнение Как убрать дифференциал в уравнении(из п.4):

Как убрать дифференциал в уравнении

и найти функцию Как убрать дифференциал в уравненииЭто уравнение с разделяющимися переменными: Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

7. Записать общее решение в виде: Как убрать дифференциал в уравненииКак убрать дифференциал в уравнении, т.е. Как убрать дифференциал в уравнении.

Найти частное решение уравнения y’ = -2y +3 = 0 если y =1 при x = 0

Решение. Решим его с помощью подстановки y=uv, .y’ = u’v + uv’

Подставляя y и y’ в данное уравнение, получим Как убрать дифференциал в уравнении

Сгруппировав второе и третье слагаемое левой части уравнения, вынесем общий множитель u за скобкиКак убрать дифференциал в уравнении

Выражение в скобках приравниваем к нулю и, решив полученное уравнение, найдем функцию v = v(x)Как убрать дифференциал в уравнении

Получили уравнение с разделенными переменными. Проинтегрируем обе части этого уравнения: Как убрать дифференциал в уравненииНайдем функцию v: Как убрать дифференциал в уравнении

Подставим полученное значение v в уравнение Как убрать дифференциал в уравненииПолучим: Как убрать дифференциал в уравнении

Это уравнение с разделенными переменными. Проинтегрируем обе части уравнения: Как убрать дифференциал в уравненииНайдем функцию u = u(x,c) Как убрать дифференциал в уравненииНайдем общее решение: Как убрать дифференциал в уравненииНайдем частное решение уравнения, удовлетворяющее начальным условиям y = 1 при x = 0: Как убрать дифференциал в уравнении

Ответ: Как убрать дифференциал в уравнении

III. Дифференциальные уравнения высших порядков

3.1. Основные понятия и определения

Дифференциальным уравнением второго порядка называется уравнение, содержащее производные не выше второго порядка. В общем случае дифференциальное уравнение второго порядка записывается в виде: F(x,y,y’,y») = 0

Общим решением дифференциального уравнения второго порядка называется функция вида Как убрать дифференциал в уравненииКак убрать дифференциал в уравнении, в которую входят две произвольные постоянные C1 и C2.

Частным решением дифференциального уравнения второго порядка называется решение, полученное из общего Как убрать дифференциал в уравнениипри некоторых значениях произвольных постоянных C1 и C2.

3.2. Линейные однородные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами.

Линейным однородным дифференциальным уравнением второго порядка с постоянными коэффициентами называется уравнение вида y» + py’ +qy = 0, где pи q— постоянные величины.

Алгоритм решения однородных дифференциальных уравнений второго порядка с постоянными коэффициентами

1. Записать дифференциальное уравнение в виде: y» + py’ +qy = 0.

2. Составить его характеристическое уравнение, обозначив через r 2 , y’ через r, yчерез 1: Как убрать дифференциал в уравненииr 2 + pr +q = 0

3.Вычислить дискриминант D = p 2 -4q и найти корни характеристического уравнения; при этом если:

а) D > 0; следовательно, характеристическое уравнение имеет два различных действительных корня Как убрать дифференциал в уравнении. Общее решение дифференциального уравнения выражается в виде Как убрать дифференциал в уравнении, где C1 и C2 — произвольные постоянные.

б) D = 0; следовательно, характеристическое уравнение имеет равные действительные корни Как убрать дифференциал в уравнении. Общее решение дифференциального уравнения выражается в виде Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

Общее решение Как убрать дифференциал в уравнении

Дифференцируя общее решение, получим Как убрать дифференциал в уравнении

Составим систему из двух уравнений Как убрать дифференциал в уравнении

Подставим вместо Как убрать дифференциал в уравнении,Как убрать дифференциал в уравнениии Как убрать дифференциал в уравнениизаданные начальные условия:

Как убрать дифференциал в уравнении Как убрать дифференциал в уравнении Как убрать дифференциал в уравненииКак убрать дифференциал в уравненииКак убрать дифференциал в уравнении

Таким образом, искомым частным решением является функция

Как убрать дифференциал в уравнении.

2. Найти частное решение уравнения

Как убрать дифференциал в уравнении

Как убрать дифференциал в уравнении

1. Как убрать дифференциал в уравнении

1. Как убрать дифференциал в уравнении

2. а) Как убрать дифференциал в уравнении

2. а) Как убрать дифференциал в уравнении

б) Как убрать дифференциал в уравнении

б) Как убрать дифференциал в уравнении

в) Как убрать дифференциал в уравнении

в) Как убрать дифференциал в уравнении

г) Как убрать дифференциал в уравнении

г) Как убрать дифференциал в уравнении

🔍 Видео

Видеоурок "Уравнение в полных дифференциалах"Скачать

Видеоурок "Уравнение в полных дифференциалах"

Линейное неоднородное дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентамиСкачать

Линейное неоднородное дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами

12. Интегрирующий множитель. Уравнения в полных дифференциалахСкачать

12. Интегрирующий множитель. Уравнения в полных дифференциалах

Уравнение в полных дифференциалахСкачать

Уравнение в полных дифференциалах

18+ Математика без Ху!ни. Дифференциальные уравнения. Однородное уравнение.Скачать

18+ Математика без Ху!ни. Дифференциальные уравнения. Однородное уравнение.

Производная: секретные методы решения. Готовимся к ЕГЭ | Математика TutorOnlineСкачать

Производная: секретные методы решения. Готовимся к ЕГЭ | Математика TutorOnline

Задача Коши ➜ Частное решение линейного однородного дифференциального уравненияСкачать

Задача Коши ➜ Частное решение линейного однородного дифференциального уравнения

Уравнение в полных дифференциалахСкачать

Уравнение в полных дифференциалах
Поделиться или сохранить к себе: