- •Часть 2
- •Методические указания
- •Часть 2
- •Введение
- •Занятие № 15
- •Интегрирование дифференциальных
- •Биномов. Подстановки чебышева.
- •Подстановки эйлера
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Занятия № 16 приложения определенного интеграла
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Занятие № 17 условный экстремум. Метод множителей лагранжа. Наибольшее и наименьшее значения.Функции в замкнутой области
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •17.3. Задачи и упражнения для самостоятельного решения
- •Занятие № 18 дифференциальные уравнения, приводящиеся к однородным
- •Основные понятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Занятие № 19
- •Основные понятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Занятие № 20
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Занятие № 21 дифференциальнЫе уравнения, допускающие понижение порядка.
- •Основные понятия
- •I. Уравнения вида
- •II. Уравнения вида , явно
- •III. Уравнения вида , явно
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Занятие № 22 Линейные дифференциальные уравнения высших порядков с постоянными коэффициентами со специальной правой частью
- •Основные понятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Занятие № 23
- •Решение Систем дифференциальных уравнений (метод исключения)
- •Литература: [1], с. 103-107.
- •Основные понятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Занятие № 24 Понятие о теории устойчивости ляпунова
- •Основные понятия
- •Контрольные вопросы и задания
- •Примеры решения задач
- •Занятие № 25. Приближенное решение дифференциальных уравнений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Часть 2
- •В авторской редакции
Занятие № 21 дифференциальнЫе уравнения, допускающие понижение порядка.
Литература: [1], c. 56-66.
Указание. Перед изучением этой темы повторите все виды уравнений первого порядка и способы их решения.
Основные понятия
В некоторых частных случаях удается понизить порядок дифференциального уравнения второго порядка. Зачастую оно в итоге приводится к дифференциальному уравнению первого порядка одного из изученных ранее типов. Рассмотрим наиболее типичные случаи.
I. Уравнения вида
Интегрированием обеих частей уравнения оно приводится к уравнению первого порядка . Повторно интегрируя полученное уравнение, находим общее решение исходного уравнения
.
Заметим, что аналогично решаются уравнения .
II. Уравнения вида , явно
не содержащие искомой функции
Такие уравнения допускают понижение порядка подстановкой , . Другими словами, данное уравнение равносильно системе дифференциальных уравнений первого порядка
.
Аналогично решаются уравнения вида .
III. Уравнения вида , явно
не содержащие независимой переменной
Уравнения такого вида допускают понижение порядка подстановкой , . Таким образом, данное уравнение равносильно системе дифференциальных уравнений первого порядка
.
Дифференциальные уравнения допускают понижение порядка такой же подстановкой:
, , и т.д.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие уравнения второго порядка приводятся к уравнениям первого порядка?
2. Как решаются уравнения вида ?
3. Как решаются уравнения вида ?
4. Как решаются уравнения вида ?
5. Как решаются уравнения вида ?
6. Как решаются уравнения вида ?
7. Можно ли понизить порядок дифференциального уравнения вида ?
Примеры решения задач
Пример 1. Найти частное решение дифференциального уравнения , удовлетворяющее заданным начальным условиям , .
Решение. Интегрируя левую и правую части, находим . Повторное интегрирование приводит к общему решению . Учитывая начальные условия, записываем систему уравнений для определения постоянных и :
.
Подставляя найденные значения постоянных в общее решение уравнения, получаем искомое частное решение
.
Пример 2. Решить уравнение .
Решение. Данное уравнение имеет вид . Положим . Тогда . Получаем дифференциальное уравнение первого порядка – линейное относительно неизвестной функции . Его общее решение , т.е. . Интегрируя это равенство, найдем общее решение исходного уравнения .
Пример 3. Найти частное решение дифференциального уравнения , удовлетворяющее начальным условиям .
Решение. Данное уравнение имеет вид . Подстановка , приводит его к виду , откуда , т.е. (это решение не удовлетворяет начальным условиям), или . Полученное дифференциальное уравнение первого порядка не относится к уравнениям известного нам типа. Перепишем его в виде . Это линейное уравнение относительно функции . Его общее решение имеет вид . Теперь необходимо решить дифференциальное уравнение . Но в общем виде решить его достаточно сложно. Так как нам нужно найти частное решение исходного уравнения, то воспользуемся начальными условиями для определения постоянной , полагая в последнем равенстве и . Приходим к равенству , из которого . Таким образом, нам достаточно решить уравнение , откуда . Учитывая начальное условие , находим и записываем искомое частное решение .
Задачи и упражнения для самостоятельного решения
Решить задачи: №№ 4155, 4156, 4160, 4161, 4165, 4166, 6470, 4178 [2].
Форма отчетности: устный опрос, контрольная работа, типовой расчет.