Терёхина, Фикс - Высшая математика
.pdfy0 = p(y) y0 |
= p0 p: |
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x |
x |
y |
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uRAWNENIE PRIMET WID |
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|||
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p0 p = 32 sin3 y cos y |
) |
dydp p = 32 sin3 y cos y |
|||||||
Z |
p dp = 32 Z sin3 y cos y dy |
) |
p2=2 = 8 sin4 y + C1: |
|||||||
tAK KAK y(1) = =2 |
I y0(1) = p = 4 TO MOVNO SRAZU NAJTI C1. |
|||||||||
|
16 |
= 8 sin4( =2) + C1 |
8 = 8 + C1 |
C1 = 0: |
||||||
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2 |
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iTAK, IMEEM |
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p2 |
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= 4 sin2 y: |
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2 = 8 sin4 y |
p2 = 16 sin4 y |
p = y0 |
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dy |
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|
|
dy |
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|
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dx = 4 sin2 y |
) |
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= 4 dx |
) ;ctg y = 4x + C2: |
|||||
|
sin2 y |
|||||||||
tAK KAK |
y(1) = =2, |
TO |
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|
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||||
|
;ctg ( =2) = 4 + C2 |
0 = 4 + C2 |
C2 = ;4: |
|||||||
oKON^ATELXNO, ^ASTNOE RE[ENIE |
|
4x = 4 ; ctg y: |
8: y00 = q1 ; y02:
dANNOE URAWNENIE NE SODERVIT W QWNOM WIDE NI SAMOJ FUNKCII y(x) NI
NEZAWISIMOJ PEREMENNOJ x. tAKIM OBRAZOM, PORQDOK \TOGO URAWNENIQ MOVNO PONIZITX KAK PODSTANOWKOJ y0 = z(x) ) y00 = z0(x)
TAK I PODSTANOWKOJ y0 = p(y) ) y00 = p0(y) p: iSPOLXZUQ PERWU@, POLU^IM
z0(x) = p |
|
|
|
dxdz = p |
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1 ; z2 |
|
1 ; z2 |
||||
arcsin z = x + C1 |
) |
z = sin(x + C1) |
||||
|
|
|
dy = sin(x + C1) dx: |
y = ; cos(x + C1) + C2:
dz
p1 ; z2 = dx
dxdy = sin(x + C1)
122
3. lINEJNYE URAWNENIQ 2 { GO PORQDKA
lINEJNYM DIFFERENCIALXNYM URAWNENIEM WTOROGO PORQDKA NAZY- WAETSQ URAWNENIE, W KOTOROM ISKOMAQ FUNKCIQ I EE PROIZWOD- NYE WHODQT W PERWYH STEPENQH I NE PEREMNOVA@TSQ.
lINEJNOE DIFFERENCIALXNOE URAWNENIE 2-GO PORQDKA IMEET WID ay00 + b y0 + c y = f(x):
GDE a b c; LIBO FUNKCII OT x LIBO POSTOQNNYE ^ISLA. eSLI f(x) = 0 TO URAWNENIE NAZYWAETSQ O D N O R O D N Y M, ILI URAWNENIEM BEZ PRAWOJ ^ASTI. eSLI f(x) 6= 0TO URAWNENIE NAZYWAETSQ N E O D N O R O D N Y M, ILI URAWNENIEM S PRAWOJ ^ASTX@.
3.1. oDNORODNYE LINEJNYE URAWNENIQ
oTMETIM, ^TO TAKIE URAWNENIQ, KAK I WSQKIE DIFFERENCIALXNYE URAWNENIQ, IME@T BES^ISLENNOE MNOVESTWO RE[ENIJ, NO RE[ENIQ OD- NORODNYH LINEJNYH URAWNENIJ L@BOGO PORQDKA OBLADA@T SPECIFI- ^ESKIMI SWOJSTWAMI.
sWOJSTWA RE[ENIJ LINEJNOGO ODNORODNOGO URAWNENIQ
1. eSLI FUNKCIQ y1(x) QWLQETSQ KAKIM-LIBO ^ASTNYM RE[ENIEM
URAWNENIQ
ay00 + b y0 + c y = 0:
TO FUNKCIQ C y1(x) GDE C ; const TAKVE QWLQETSQ RE[ENIEM \TOGO URAWNENIQ.
2. eSLI FUNKCII y1(x) y2(x) { QWLQ@TSQ ^ASTNYMI RE[ENIQMI
URAWNENIQ
ay00 + b y0 + c y = 0:
TO IH SUMMA y1(x)+y2(x) TAKVE QWLQETSQ RE[ENIEM \TOGO URAWNENIQ. 3. eSLI FUNKCII y1(x) y2(x) { QWLQ@TSQ ^ASTNYMI RE[ENIQMI
URAWNENIQ
ay00 + b y0 + c y = 0:
TO IH LINEJNAQ KOMBINACIQ C1 y1(x) + C2 y2(x) TAKVE QWLQETSQ RE[ENIEM \TOGO URAWNENIQ.
123
lINEJNAQ ZAWISIMOSTX I LINEJNAQ NEZAWISIMOSTX SISTEMY FUNKCIJ. oPREDELITELX wRONSKOGO
sISTEMA FUNKCIJ y1(x) y2(x) NAZYWAETSQ LINEJNO NEZAWISIMOJ, ESLI NI ODNU IZ \TIH FUNKCIJ NELXZQ PREDSTAWITX W WIDE LINEJNOJ KOMBINACII OSTALXNYH, NAPRIMER w ^ASTNOSTI, DWE FUNKCII y1(x) I
y2(x) NAZYWA@TSQ L I N E J N O N E Z A W I S I M Y M I, ESLI ODNU IZ NIH NELXZQ LINEJNO WYRAZITX ^EREZ DRUGU@, T.E.
ILI y1(x) 6= const: y2(x)
sISTEMA FUNKCIJ y1(x) y2(x) NAZYWAETSQ LINEJNO ZAWISIMOJ, ESLI ODNU IZ \TIH FUNKCIJ MOVNO PREDSTAWITX W WIDE
y1(x) = y2(x) ILI |
y1(x) |
= = const: |
y2(x) |
oB]IM KRITERIEM LINEJNOJ ZAWISIMOSTI I NEZAWISIMOSTI SISTEMY
FUNKCIJ QWLQETSQ OPREDELITELX wRONSKOGO. dLQ SISTEMY DWUH FUNK- CIJ OPREDELITELX wRONSKOGO IMEET WID
|
W [y1 |
y2] = |
|
y1 |
y2 |
|
= y1 y0 |
; |
y2 y0 : |
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y0 |
y0 |
|
2 |
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1 |
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1 |
2 |
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|
|
CFORMULIRUEM KRITERIJ LINEJNOJ ZAWISIMOSTI ^EREZ OPREDE- |
|||||||||||
LITELX wRONSKOGO. |
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t E O R E M A |
1. |
eSLI OPREDELITELX wRONSKOGO |
NI PRI |
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W[y1 y2] 6= 0 |
|
KAKIH x TO SISTEMA FUNKCIJ y1 |
y2 QWLQETSQ LINEJNO NEZAWISIMOJ. |
||||||||||
t E O R E M A 2. |
eSLI OPREDELITELX wRONSKOGO W [y1 y2] TOV- |
||||||||||
DESTWENNO RAWEN NUL@, TO SISTEMA FUNKCIJ y1 |
y2 QWLQETSQ LINEJNO |
||||||||||
ZAWISIMOJ. |
|
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|
fUNDAMENTALXNAQ SISTEMA RE[ENIJ LINEJNOGO ODNOROD- NOGO URAWNENIQ.
sISTEMA FUNKCIJ y1(x) y2(x) OBRAZUET F U N D A M E N T A L X N U @ S I S T E M U RE[ENIJ LINEJNOGO ODNORODNOGO URAWNENIQ n-GO
PORQDKA, ESLI ONA UDOWLETWORQET DWUM USLOWIQM:
1)FUNKCII y1(x) y2(x) QWLQ@TSQ RE[ENIQMI URAWNENIQ,
2)FUNKCII y1(x) y2(x) QWLQ@TSQ LINEJNO NEZAWISIMYMI.
iTAK, DLQ ODNORODNOGO LINEJNOGO URAWNENIQ 2-GO PORQDKA L@BAQ PARA LINEJNO NEZAWISIMYH RE[ENIJ y1(x) y2(x) OBRAZUET FUNDAMEN- TALXNU@ SISTEMU RE[ENIJ.
124
tEOREMA O STRUKTURE OB]EGO RE[ENIQ LINEJNOGO ODNOROD- NOGO URAWNENIQ 2-GO PORQDKA
eSLI FUNKCII y1(x) y2(x) OBRAZU@T FUNDAMENTALXNU@ SISTEMU RE[ENIJ LINEJNOGO ODNORODNOGO URAWNENIQ ay00 + b y0 + c y = 0, TO EGO OB]EE RE[ENIE QWLQETSQ IH LINEJNOJ KOMBINACIEJ
Y = C1 y1(x) + C2 y2(x):
tAKIM OBRAZOM, ^TOBY NAJTI OB]EE RE[ENIE LINEJNOGO ODNORODNO- GO URAWNENIQ 2-GO PORQDKA, NUVNO NAJTI KAKU@-LIBO PARU LINEJNO NEZAWISIMYH RE[ENIJ I SOSTAWITX IH LINEJNU@ KOMBINACI@.
dLQ URAWNENIJ S POSTOQNNYMI KO\FFICIENTAMI FUNDAMENTALX- NAQ SISTEMA RE[ENIJ NAHODITSQ DOWOLXNO PROSTO. rASSMOTRIM METOD RE[ENIQ TAKIH URAWNENIJ.
pOISK OB]EGO RE[ENIQ LINEJNOGO ODNORODNOGO URAWNENIQ S POSTOQNNYMI KO\FFICIENTAMI.
rASSMOTRIM URAWNENIE 2-GO PORQDKA.
mETOD RE[ENIE LINEJNOGO ODNORODNOGO URAWNENIQ S POSTOQNNYMI KO\FFICIENTAMI
ay00 + b y0 + c y = 0
BYL PREDLOVEN |JLEROM. w SOOTWETSTWIE S NIM RE[ENIE URAWNENIQ I]ETSQ W WIDE y(x) = ekx ) y0 = k ekx y00 = k2 ekx:
pODSTAWLQQ W URAWNENIE I DELQ OBE EGO ^ASTI NA ekx 6= 0POLU^AEM
ALGEBRAI^ESKOE URAWNENIE DLQ OPREDELENIQ POKAZATELQ k ak2 + b k + c = 0
KOTOROE NAZYWAETSQ H A R A K T E R I S T I ^ E S K I M URAWNENIEM DLQ DANNOGO DIFFERENCIALXNOGO.
hARAKTERISTI^ESKOE URAWNENIE POLU^AETSQ IZ DANNOGO DIFFEREN- CIALXNOGO FORMALXNOJ ZAMENOJ W NEM y00 ! ! k y ! 1: tAKIM OBRAZOM, RE[ENIE DIFFERENCIALXNOGO URAWNENIQ SWODITSQ K RE[ENI@ ALGEBRAI^ESKOGO URAWNENIQ
ay00 + b y0 + c y = 0 = ak2 + b k + c = 0:
) -
hARAKTERISTI^ESKOE URAWNENIE QWLQETSQ OBY^NYM KWADRATNYM URAW NENIEM, KORNI KOTOROGO NAHODQTSQ PO IZWESTNYM FORMULAM:
125
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|
k1 2 = ;b p |
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|
ak2 + b k + c = 0 |
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b2 ; 4ac |
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k1 2 = |
;b p |
2a |
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|||||
|
k2 + b k + c = 0 |
|
b2 ; 4c |
|||||||||||
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|
k1 2 = ;b 2p |
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|||||||
|
ak2 + 2b k + c = 0 |
b2 ; ac |
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a |
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||||
|
k2 + 2b k + c = 0 k1 2 = ;b pb2 |
; c: |
||||||||||||
|
w ZAWISIMOSTI OT ZNAKA DISKRIMINANTA D = b2 ; 4ac URAWNENIQ |
|||||||||||||
WOZMOVNY TRI SLU^AQ. |
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kORNI k1 k2 |
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fUND: SISTEMA |
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oB]EERE[ENIE |
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y1 y2 |
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Y = C1y1 + C2y2 |
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||||
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|||||||
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1) D > 0 |
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y1 = ek1x |
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Y = C1ek1x + C2ek2x |
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|||||
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k1 6=k2 |
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y2 = ek2x |
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||||||||
|
2) D = 0 |
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y1 = ekx |
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Y = ekx (C1 + C2 x) |
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|||||
|
k1 = k2 = k |
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y2 = xekx |
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||||||
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3) D < 0 |
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y1 = e x cos x |
Y |
= e x (C1 cos x + C2 sin x) |
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||||||||
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k1 2 = i |
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|
y2 = e x sin x |
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pRI OTRICATELXNOM ZNA^ENII DISKRIMINANTA (3 - J SLU^AJ TABLI- CY) KWADRATNOE URAWNENIE, KAK IZWESTNO, NE IMEET DEJSTWITELXNYH KORNEJ, NO ONO IMEET PARU KOMPLEKSNO-SOPRQVENNYH KORNEJ i: ~ISLA I ; DEJSTWITELXNYE, A i; MNIMAQ EDINICA, OPREDE- LQEMAQ SOOTNO[ENIEM i2 = ;1 ILI i = p;1: nA MNOVESTWE KOMPLEKSNYH ^ISEL STANOWITSQ WOZMOVNYM IZWLE^ENIE KORNQ ^ETNOJ STEPENI IZ OTRICATELXNOGO ^ISLA, A ZNA^IT MOVNO ZAPISYWATX RE[E- NIQ KWADRATNYH URAWNENIJ S OTRICATELXNYM DISKRIMINANTOM:
x2 + 1 = 0 |
) x2 = ;1 |
) |
x1 2 = p |
|
|
|
= |
i = 0 = 1: |
|||||||||||||
;1 |
|||||||||||||||||||||
x2 + 4 = 0 |
) x2 = ;4 ) x1 2 = p |
|
|
= 2p |
|
|
= |
2i |
|||||||||||||
;4 |
;1 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
= 0 |
= 2: |
|
|
|
|
||||||||||||
x2 + 4x + 5 = 0 ) x1 2 = ;2 |
p |
|
|
|
= ;2 i = ;2 = 1: |
||||||||||||||||
4 ; 5 |
|||||||||||||||||||||
x2 ; x + 2 = 0 ) |
x1 2 = 1 p21 ; |
8 = 1 |
2p |
;7 |
= |
1 2ip |
7 |
= |
|||||||||||||
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|
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|
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|
|
|
|
|||||||||||
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|
|
|
|
|
|
p7 |
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|
|
1 |
p7 |
1 |
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|
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|
= 2 |
2 i |
= 2 = 2 : |
126
1: y00 ; 3y0 + 2y = 0:
y00 ;3y0 + 2y = 0 ) k2 ;3k + 2 = 0 k1 = 2 k2 = 1 (D > 0
|
|
3 p |
|
|
|
|
|
|
) |
k1 2 = |
9 |
; 8 |
= |
3 1 |
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||
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2 |
|
|
2 |
|
|||
k1 6=k2) |
|
Y = C1 e2x + C2 ex: |
||||||
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|
|
2: y00 + 5y0 = 0: |
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|
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|||||||
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|
|
y00 + 5y0 = 0 ) k2 + 5k = 0 ) k(k + 5) = 0 ) |
||||||||||||||||||||||
|
k1 = 0 k2 = ;5 |
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|
(k1 6=k2) |
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Y = C1 + C2 e;5x: |
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|
3: 2y00 + 5y0 + 2y = 0: |
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||||||||||||
|
|
|
2y00 + 5y + 2y = 0 ) 2k2 + 5k + 2 = 0 ) |
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||
|
|
= |
;5 p |
|
|
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|
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||||||
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k1 2 |
25 ; 16 |
|
= |
;5 3 |
|
) |
k1 = |
; |
1=2 k2 |
= |
; |
2 |
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4 |
|
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|
4 |
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||||||
|
(D > 0 k1 6=k2) |
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Y = C1 e;x=2 + C2 e;2x: |
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4: 4y00 ; 25y = 0: |
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|||||||
4y00 ; 25y = 0 ) 4k2 ; 25 = 0 ) k2 = 25=4 ) k1 2 = 5=2 |
|||||||||||||||||||||||||
|
(D > 0 k1 6=k2) |
|
|
Y = C1 e;5x=2 + C2 e5x=2: |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
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|
|
||||||||||||||||||||
|
5: y00 + 6y0 + 9y = 0: |
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|||||||||
y00 + 6y0 + 9y = 0 ) k2 + 6k + 9 = 0 ) k1 2 = ;3 p |
9 ; 9 |
= ;3 |
|||||||||||||||||||||||
|
ILI |
(k+3) |
2 |
= 0 k1 |
= k2 = ;3 |
|
(D = 0) Y = e; |
3x |
(C1 + C2x): |
||||||||||||||||
|
|
|
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||||||||||||||||||||
6: 25y00 ; 10y0 + y = 0: |
|
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|||||||||||||
|
25y00 ; 10y0 + y = 0 |
) 25k2 ; 10k + 1 = 0 ) (5k ; 1)2 = 0 |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
5 p |
|
|
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|
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|||||||
|
ILI |
k1 2 = |
25 |
; 25 |
= 1 |
|
(D = 0 |
|
|
k1 = k2) |
|
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|||||||||
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|
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||||||||||||||
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|
25 |
|
|
5 |
|
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Y = ex=5(C1 + C2x):
127
|
7: y00 + 6y0 + 13y = 0: |
|
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) |
|
k2 + 6k + 13 = 0 |
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
y00 + 6y0 + 13y = 0 |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
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;3 p |
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= ;3 p |
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= |
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k1 2 = |
9 ; |
|
13 |
;4 |
;3 |
|
|
2 i |
|
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|
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||
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(D < 0 |
|
k1 2 = i) |
|
|
= ;3 = 2 |
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Y = e;3x(C1 cos 2x + C2 sin 2x): |
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|
8: y00 ; y0 + y = 0: |
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|
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|
k2 ; k + 1 = 0 |
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y00 ; y0 |
|
+ y = 0 |
) |
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) |
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1 |
|
p |
1 |
4 |
|
|
|
1 |
|
|
p |
|
3 |
|
|
|
1 |
|
p |
3 i |
|
|
|
|
1 |
|
p |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
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k1 2 = |
|
; |
|
|
= |
|
|
|
|
; |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
2 i |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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(D < 0 |
k1 2 = i) |
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= 1=2 = p3=2 |
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Y = ex=2 0C1 cos p |
3 |
x |
+ C2 sin p |
3 |
x1 : |
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2 |
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A |
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9: y00 + 25y = 0: |
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y00 + 25y = 0 |
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) |
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k2 + 25 = 0 |
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) |
k2 = |
;25 |
|
) k1 2 = 5 i |
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(D < 0 |
k1 2 |
= i) |
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= 0 = 5 |
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Y = C1 cos 5x + C1 sin 5x: |
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10: 2y00 + 5y = 0: |
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) k1 2 = q |
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2y00 + 5y = 0 |
|
) |
|
2k2 + 5 = 0 |
|
) |
k2 = |
;5=2 |
|
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5=2 |
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i |
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= 0 = q |
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(D < 0 |
k1 2 |
= i) |
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5=2 |
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5 |
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5 |
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x: |
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Y = C1 cos q2 |
x + C1 sin q2 |
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11: y00 ; |
2y0 + y = 0 |
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y(0) = 4 |
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y0(0) = 2: |
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nAHODIM SNA^ALA OB]EE RE[ENIE |
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y00 ; 2y0 + y = 0 ) k2 |
; 2k + 1 = 0 |
) |
|
|
(k ; |
1)2x= 0 ) k1 2 = 1: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
oB]EE RE[ENIE: |
|
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|
Y = e (C1 + C2x): |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
8 |
nAHODIM ZNA^ENIQ KONSTANT: |
8 |
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x |
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< |
Y = ex(C1 |
+ C2 x) |
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) |
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y(0) = 4 |
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) |
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Y 0 = e (C2x + C1 + C2) |
|
< y0(0) = 2 |
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: |
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: |
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8 |
0 |
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0) |
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8 |
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4 = e0(C1 + C2 |
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) |
C1 = 4 |
|
|
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|
|
) |
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|
|
C1 = 4 |
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|||||||||||||||||||||||||||||
< |
2 = e (C2 0 + C1 + C2) |
|
|
< |
C1 + C2 = 2 |
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C2 = ;2: |
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: |
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: |
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x |
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|
||
|
|
oTWET: ^ASTNOE RE[ENIE |
|
|
Y = e (4 ; 2x): |
|
|
128
3.2. nEODNORODNYE LINEJNYE URAWNENIQ 2-GO PORQDKA S POSTOQNNYMI KO\FFICIENTAMI
rASSMOTRIM URAWNENIQ WIDA |
ay00 + b y0 + c y = f(x) |
GDE p q POSTOQNNYE ^ISLA, A f(x) |
NEKOTORAQ NEPRERYWNAQ, ILI KU- |
SO^NO { NEPRERYWNAQ FUNKCIQ. |
|
uRAWNENIE ay00 + b y0 + c y = 0 |
S TEMI VE KO\FFICIENTAMI, NO |
S PRAWOJ ^ASTX@ RAWNOJ NUL@, NAZYWAETSQ ODNORODNYM URAWNENIEM, SOOTWETSTWU@]IM DANNOMU NEODNORODNOMU.
tEOREMA O STRUKTURE OB]EGO RE[ENIQ NEODNORODNOGO LINEJ- NOGO URAWNENIQ.
eSLI Y ? { KAKOE-LIBO ^ASTNOE RE[ENIE DANNOGO NEODNORODNOGO URAW- NENIQ, A Y { OB]EE RE[ENIE, SOOTWETSTWU@]EGO ODNORODNOGO URAW- NENIQ, TO OB]EE RE[ENIE Y NEODNORODNOGO URAWNENIQ ESTX SUMMA
Y = Y + Y ?:
sU]ESTWU@T DWA OSNOWNYH METODA RE[ENIQ NEODNORODNYH URAWNE- NIJ: METOD lAGRANVA (METOD WARIACII PROIZWOLXNYH POSTOQNNYH), KOTORYJ QWLQETSQ UNIWERSALXNYM METODOM RE[ENIQ, I METOD NEOPRE- DELENNYH KO\FFICIENTOW, KOTORYJ PRIMENQETSQ TOLXKO W TEH SLU^A- QH, KOGDA PRAWAQ ^ASTX URAWNENIQ IMEET SPECIALXNYJ WID.
3.2.1.mETOD WARIACII PROIZWOLXNYH POSTOQNNYH
nASTOQ]IJ METOD, MOVET BYTX ISPOLXZOWAN DLQ OTYSKANIQ OB]EGO RE[ENIQ NEODNORODNOGO URAWNENIQ DLQ L@BOJ PRAWOJ ^ASTI URAWNE- NIQ. sU]NOSTX \TOGO METODA ZAKL@^AETSQ W SLEDU@]EM.
pUSTX TREBUETSQ NAJTI OB]EE RE[ENIE NEODNORODNOGO URAWNENIQ ay00 + by0 + c = f(x):
1) zAPI[EM SOOTWETSTWU@[EE DANNOMU ODNORODNOE URAWNENIE ay00 + by0 + cy = 0 PO KORNQM HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ SOSTAW- LQEM EGO FUNDAMENTALXNU@ SISTEMU RE[ENIJ y1(x) y2(x), ZAPISY- WAEM OB]EE RE[ENIE ODNORODNOGO URAWNENIQ Y = C1y1 + C2y2:
2) rE[ENIE ISHODNOGO NEODNORODNOGO URAWNENIQ BUDEM ISKATX W TAKOM VE WIDE, NO PRI \TOM S^ITATX FUNKCIQMI OT x T.E. C1 = C1(x) C2 = C2(x): tOGDA RE[ENIE URAWNENIQ PRIMET WID
129
Y = C1(x)y1 + C2(x)y2: dLQ PROIZWODNYH POKA NEIZWESTNYH FUNKCIJ
C1(x) C2(x) IMEEM SISTEMU |
|
|
|
||||||||
|
|
8 |
C0 |
(x) y1 |
+ C0 |
(x) y2 = 0 |
= |
C0 |
(x) C0 (x): |
||
|
|
1 |
(x) y0 |
2 |
(x) y0 = f(x) |
||||||
|
|
C0 |
+ C0 |
) |
1 |
2 |
|||||
|
|
< |
1 |
|
|
1 |
2 |
2 |
|
|
|
|
fUNKCII: |
C1(x) C2(x) NAHODIM POSLEDU@]IM INTEGRIROWANIEM. |
|||||||||
|
8 |
C1(x) = |
R |
C1(x) dx + C1 |
|
|
|
||||
|
C2(x) = |
C0 (x) dx |
+ C2 |
|
|
|
|||||
|
< |
|
|
|
R |
2 |
|
|
|
|
|
3) |
: |
|
|
|
|
|
|
PODSTAWLQEM W OB]EE RE[ENIE |
|||
|TI WYRAVENIQ DLQ C1(x) C2(x) |
DANNOGO NEODNORODNOGO URAWNENIQ
Y = C1(x)y1 + C2(x)y2:
w DANNOM METODE TEOREMA O STRUKTURE OB]EGO RE[ENIQ NEODNOROD- NOGO URAWNENIQ NE ISPOLXZUETSQ, NO POLU^ENNOE RE[ENIE URAWNENIQ WSEGDA MOVNO PREDSTAWITX W WIDE SUMMY DWUH SLAGAEMYH, ODNO IZ KOTORYH ESTX OB]EE RE[ENIE ODNORODNOGO URAWNENIQ Y A WTOROE { ^ASTNOE RE[ENIE NEODNORODNOGO.
12: y00 ; y0 = e2x cos ex:
1) nAHODIM RE[ENIE ODNORODNOGO URAWNENIQ |
) k1 = 0 k2 = 1: |
||||
y00 ; y0 = 0 ) k2 |
; k = 0 |
) k(k ; 1) = 0 |
|||
x |
|
Y |
x |
: |
|
y1 = 1 y2 = e |
) |
= C1 + C2e |
|
||
|
|
C2 = C2(x) I OB]EE RE[ENIE ISHODNOGO |
|||
2) pOLAGAEM C1 = C1(x) |
URAWNENIQ I]EM W WIDE Y = C1(x) + C2(x)ex: pROIZWODNYE FUNKCIJ C1(x) C2(x) DOLVNY UDOWLETWORQTX SISTEME
8 |
C0 |
(x)y1 |
+ C0 |
(x)y2 = 0 |
|
|
|
8 |
C0 |
(x) 1 + C0 |
(x) ex = 0 |
|
|
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||||||||||||
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
) |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
(x) ex = e2x cos ex |
|||||||||
C0 |
(x)y0 |
+ C0 |
(x)y0 = f(x) |
|
C |
0 |
(x) |
0 + C0 |
||||||||||||||||||
< |
|
1 |
|
1 |
2 |
2 |
|
|
|
< |
|
1 |
|
|
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2 |
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||
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||||
: |
|
|
|
WY^ITAEM IZ 1 ; GO |
|
) |
C:0 |
= |
; |
e2x cos ex: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
) |
|
URAWNENIQ 2 ; E |
|
1 |
|
|
|
e2x cos ex |
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|
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|
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|
C0 |
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|
; |
x |
x |
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1-GO URAWNENIQ |
= |
|
1 |
= |
|
|
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|
|
|
|
= e |
: |
|
|
||||||||
tOGDA IZ |
C0 |
; ex |
; |
|
|
ex |
|
cos e |
|
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2 |
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|
iNTEGRIRUQ POLU^ENNYE RAWENSTWA, |
OPREDELIM |
|
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C1(x) = ; Z e2x cos exdx= |
; Z ex cos exd(ex) = ;ex sin ex ; cos ex + |
|
: |
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C1 |
||||||||||||||||||||||||||
C2(x) = Z ex cos exdx = Z |
cos ex d(ex) = sin ex + |
|
: |
|
|
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|
|
||||||||||||||||||
C2 |
|
|
|
|
|
130
3) zAPI[EM OB]EE RE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ
Y = C1 + C2ex + (;ex sin ex ; cos ex + ex sin ex) = C1 + C2ex ; cos ex:
oTMETIM, ^TO TEOREMA O STRUKTURE OB]EGO RE[ENIQ NEODNORODNO- GO URAWNENIQ WYPOLNQETSQ, TAK KAK PERWYE DWA SLAGAEMYH QWLQ@TSQ OB]IM RE[ENIEM ODNORODNOGO URAWNENIQ, A POSLEDNEE OBRAZUET ^AST- NOE RE[ENIE NEODNORODNOGO.
13: y00 |
+ y = |
p |
1 |
|
: |
|
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||||||||
cos |
2x |
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1) nAHODIM RE[ENIE ODNORODNOGO URAWNENIQ |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
y00 + y = 0 |
|
|
) |
|
k2 + 1 = 0 |
) k1 2 = i |
|
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y1 = cos x |
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|
y2 = sin x |
|
) |
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|
Y |
= C1 cos x + C2 sin x: |
|||||||||||||||||||
|
2) pOLAGAEM C1 = C1(x) |
C2 = C2(x) |
|
I OB]EE RE[ENIE ISHODNOGO |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
URAWNENIQ I]EM W WIDE Y |
= C1(x) cos x + C2(x) sin x: pROIZWODNYE |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
FUNKCIJ C1(x) C2(x) DOLVNY UDOWLETWORQTX SISTEME |
|
|
|
|
|
|
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|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
8 |
C0 (x) cos x + |
C0 (x) sin x = 0 |
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|
(cos x) |
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1 |
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2 |
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1 |
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|||||||||||||
C0 (x)( |
|
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|
sin x) + C0 (x) cos x = |
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: |
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(sin x) |
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> |
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1 |
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2 |
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< |
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; |
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pcos 2x |
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> |
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: |
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|
1-GO URAWNENIQ WTOROE, POLU^AEM |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
pOSLE UMNOVENIQ WY^ITAEM IZ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
C0 |
(cos2 x |
+ sin2 x) = |
|
; |
sin x |
|
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|
) |
|
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C0 |
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= |
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sin x |
: |
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1 |
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pcos 2x |
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1 |
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pcos 2x |
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C0 |
cos x |
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cos x |
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tOGDA IZ 1-GO URAWNENIQ WYRAVAEM |
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C0 |
= |
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1 |
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= |
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: |
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; |
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pcos 2x |
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2 |
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sin x |
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iNTEGRIRUQ POLU^ENNYE RAWENSTWA, OPREDELIM |
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C1(x) = |
Z |
C0 |
(x) dx = |
; Z |
sin x dx |
= |
Z |
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d(cos x) |
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= |
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pcos 2x |
p2 cos2 x |
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1 |
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1 |
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1 |
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ln j p2 cos x + p2 cos2 x ; 1j + C1 : |
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= p |
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2 |
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C2(x) = |
Z |
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C0 (x) dx = |
Z |
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cos x dx |
= |
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Z |
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d(sin x) |
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= |
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pcos 2x |
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p1 |
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2 |
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; |
2 sin2 x |
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1 |
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arcsin(p2 sin x) + C2: |
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= p |
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