Вариант № 07

Задача 1.Найти общее решение дифференциального уравнения.

, (1) – уравнение с разделяющимися переменными

Интегрируя обе части уравнения, получим:

Общее решение уравнения (1):

Задача 2.Найти частные решения дифференциального уравнения, удовлетворяющие начальным условиям.

Найдем общее решение дифференциального уравнения с разделяющимися переменными

Интегрируя обе части уравнения, получим:

Общее решение уравнения

Подставляем в полученное решение начальное условие:

Значит, искомое частное решение:

Задача 3. Решить дифференциальное уравнение (1)

Применим подстановку

Тогда:

Интегрируя обе части уравнения, получим:

В результате общее решение уравнения имеет вид:

Подставляя значение , получим общее решение уравнения (1):

Задача 4. Решить дифференциальное уравнение (1)

Составим определитель

Положим , гдеОпределяются из системы уравнений:

Положим в уравнении (1) ; Получим:

Применим подстановку ; Тогда: ;

Интегрируя обе части уравнения, получим:

Учитывая, что , запишем общее решение уравнения (1):

Задача 5.Найти частные решения дифференциального уравнения, удовлетворяющие начальным условиям.

Ищем общее решение линейного неоднородного дифференциального уравнения 1-го порядка (1)

Найдем общее решение линейного однородного дифференциального уравнения 1-го порядка

Общее решение этого уравнения: ; Применим метод вариации постоянных:

Дифференцируем Y по X: ; Подставляем полученные значения в уравнение (1):

Следовательно, общее решение линейного неоднородного дифференциального уравнения 1-го порядка:

Подставляем в полученное решение начальное условие:

Значит, искомое частное решение:

Задача 6. Найти частные решения дифференциального уравнения, удовлетворяющие начальным условиям.

Ищем общее решение уравнения Бернулли: (1)

Применим подстановку

Подставляем в уравнение (1): (2)

Найдем общее решение линейного однородного дифференциального уравнения 1-го порядка:

Общее решение этого уравнения:

Применим метод вариации постоянных: ; Дифференцируем Z по X: ;

Подставляем полученные значения в уравнение (2):

; Значит:

Следовательно, общее решение уравнения Бернулли (1):

Подставляем в полученное решение начальное условие:

Значит, искомое частное решение:

Задача 7. Найти общий интеграл дифференциального уравнения.

(1)

Так как , значит, мы имеем уравнение в полных дифференциалах

Находим

Общий интеграл дифференциального уравнения

Задача 8. Определить тип дифференциального уравнения, найти общее решение и построить интегральную кривую, проходящую через точку .

(1) - уравнение Бернулли

Применим подстановку

Подставляем в уравнение (1):

Пусть:

Подставляем в уравнение:

Следовательно, общим решением уравнения Бернулли является семейство кривых:

Из условий в точке М найдем:

Отсюда искомая интегральная кривая:

Задача 9. Решить дифференциальное уравнение (1) - явно не содержит Y.

Полагая , имеем , тогда уравнение (1) принимает вид:

- дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными относительно .

Общее решение этого уравнения:

Задача 10. Найти решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее заданным условиям.

Ищем общее решение дифференциального уравнения 2-го порядка:

Положим , тогда уравнение преобразуется к виду уравнения типа Бернулли:

Применим подстановку

Подставляем в уравнение (1):

Пусть:

Подставляем в уравнение:

Следовательно, общим решением уравнения Бернулли является:

Из условия имеем:

Значит:

Из условия имеем:

Значит, имеем частное решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее заданным условиям:

Задача 11. Найти общее решение дифференциального уравнения (1)

- линейное однородное уравнение 2 порядка с постоянными коэффициентами

Характеристическое уравнение:

Следовательно, фундаментальную систему решений уравнения (1) образуют функции

общее решение уравнения (1) имеет вид: .

Задача 12. Найти частное решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее указанным условиям.

Ищем решение линейного однородного уравнения 2 порядка с постоянными коэффициентами

(1)

Характеристическое уравнение:

Следовательно, фундаментальную систему решений уравнения (1) образуют функции

общее решение уравнения (1) имеет вид: .

Продифференцируем

Из указанных условий имеем:

Частное решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее указанным условиям:

Задача 13. Найти общее решение дифференциального уравнения (1)

- линейное неоднородное уравнение 2 порядка с постоянными коэффициентами и специальной правой частью

Ищем решение линейного однородного уравнения 2 порядка с постоянными коэффициентами

Характеристическое уравнение:

общее решение однородного уравнения имеет вид: .

Структура общего решения неоднородного уравнения (1) имеет вид: ;

где - общее решение однородного уравнения, а функция - частное решение неоднородного уравнения.

Так как степень правой части не совпадает с корнем характеристического уравнения, то частное решение ищем в виде:

Подставляем частное решение в уравнение (1) и находим неопределенные коэффициенты:

Следовательно, общее решение неоднородного уравнения (1):

Задача 14. Найти общее решение дифференциального уравнения (1)

- линейное неоднородное уравнение 2 порядка с постоянными коэффициентами и специальной правой частью

Ищем решение линейного однородного уравнения 2 порядка с постоянными коэффициентами

Характеристическое уравнение:

общее решение однородного уравнения имеет вид: .

Применим принцип наложения решений (суперпозиции).

Структура общего решения неоднородного уравнения (1) имеет вид: ;

где - общее решение однородного уравнения, а функции - частные решения следующих уравнений:

; ;

Причём частные решения ищем в виде: ,

Подставляем поочередно частные решения в соответствующие уравнения и находим неопределенные коэффициенты: ;

Следовательно, общее решение неоднородного уравнения (1):

Задача 15. Найти частное решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее указанным условиям.

Найдем решение линейного неоднородного уравнения 2 порядка с постоянными коэффициентами

Ищем решение линейного однородного уравнения 2 порядка с постоянными коэффициентами

(1)

Характеристическое уравнение:

Следовательно, фундаментальную систему решений уравнения (1) образуют функции

общее решение однородного уравнения (1) имеет вид: .

Решение линейного неоднородного уравнения ищем методом вариации произвольных постоянных:

, а неизвестные функции определяем из системы уравнений:

Следовательно, общее решение неоднородного уравнения (1):

Продифференцируем полученное решение

Из условия имеем:

Из условия имеем:

Частное решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее указанным условиям:

Задача 16. Найти общее решение дифференциального уравнения (1)

- линейное неоднородное уравнение 4-го порядка с постоянными коэффициентами и специальной правой частью (многочлен)

Ищем решение линейного однородного уравнения 4 порядка с постоянными коэффициентами:

Характеристическое уравнение:

Следовательно, фундаментальную систему решений уравнения (1) образуют функции

общее решение однородного уравнения имеет вид: .

Частное решение Ищем в виде: ;

Подставляем в неоднородное уравнение (1):

След. общее решение неоднородного уравнения (1):

Задача 17. Найти общее решение уравнения Эйлера: (1)

Введем новую независимую переменную .

Положим , тогда

Подставим в уравнение (1) и получим - линейное однородное уравнение 2 порядка с постоянными коэффициентами.

Характеристическое уравнение:

общее решение однородного уравнения имеет вид: .

Значит, общее решение уравнения Эйлера (1):

Задача 18. Решить систему дифференциальных уравнений

(1)

Дифференцируя первое уравнение по , получим:

Из первого уравнения выразим значение

Значит: , а также

Дифференцируя еще раз уравнение по , получим:

Из третьего уравнения выразим значение

Подставим полученное значение в продифференцированное уравнение:

Получили линейное однородное уравнение 3-го порядка с постоянными коэффициентами

Характеристическое уравнение:

Следовательно, общее решение однородного уравнения имеет вид: .

Следовательно:

Яндекс.Метрика