Privatus diferencialinės lygties sprendimas. Paprasčiausių skirtingų pirmosios eilės lygčių sprendimas
Sprendžiant diferencialines lygtis. Dėl mūsų internetinės paslaugos, diferencialinių lygčių bet kokio tipo ir sudėtingumo sprendimas yra prieinamas jums: nehomogeninis, homogeniškas, netiesinis, linijinis, pirmiausia, antroji tvarka, su atskiriant kintamuosius ar ne atskirtus ir tt Jūs gaunate diferencialinių lygčių tirpalą analitinėje formoje su išsamiu aprašymu. Daugelis yra suinteresuoti: kodėl jums reikia išspręsti diferencialines lygtis internete? Šis lygtis yra labai dažnas matematikos ir fizikos, kur išspręsti daug užduočių, neskaičiuojant diferencialinės lygties bus neįmanoma. Taip pat diferencialinės lygtys platinamos ekonomikoje, medicinoje, biologijoje, chemijoje ir kitose moksluose. Tokios lygties sprendimas internetiniame režime labai palengvina užduotis, leidžia geriau įsisavinti medžiagą ir patikrinti save. Diferencialinių lygčių sprendimo privalumai internete. Šiuolaikinė matematinė aptarnavimo svetainė leidžia išspręsti diferencialines lygtis internetu bet kokiu sudėtingumu. Kaip žinote, yra daug skirtingų lygčių rūšių ir kiekvienam iš jų yra jų būdai išspręsti. Mūsų paslaugoje rasite bet kokio užsakymo skirtumų lygčių sprendimą ir įveskite internetinį režimą. Norėdami gauti sprendimą, siūlome užpildyti šaltinio duomenis ir spustelėkite mygtuką "Sprendimas". Paslaugų tarnybos paslaugos klaidos neįtrauktos, todėl galite būti 100% tikri, kad turite teisingą atsakymą. Kartu su mūsų paslaugomis nuspręskite diferencialines lygtis. Išspręskite diferencialines lygtis internete. Pagal nutylėjimą, tokioje lygtyje, Y funkcija yra funkcija iš x kintamo. Bet jūs galite nustatyti savo kintamojo paskyrimą. Pavyzdžiui, jei nurodote diferencialinėje lygtyje Y (T), mūsų paslauga automatiškai nustatys, kad Y yra funkcija iš T kintamo. Visos diferencialinės lygties tvarka priklausys nuo didžiausios lygčių funkcijos darinio tvarkos. Išspręskite tokią lygtį - reiškia rasti norimą funkciją. Mūsų paslauga padės jums išspręsti diferencialines lygtis. Norėdami išspręsti lygtį, jums nereikės daug pastangų. Būtina patekti į kairę ir dešinę savo lygties dalis norimuose laukuose ir spustelėkite mygtuką "Sprendimas". Įvedant funkcijos darinį, turite būti pažymėtas per apostrofą. Atsižvelgiant į sekundes, gausite baigtą išsamią diferencialinės lygties sprendimą. Mūsų paslauga yra visiškai nemokama. Diferencialinės lygtys su atskyrimo kintamaisiais. Jei diferencialinėje lygtyje kairėje dalyje yra nuo y išraiška, o dešinė dalis yra išraiška, kuri priklauso nuo X, tada tokia diferencialinė lygtis vadinama atskyrimo kintamaisiais. Kairiajame dalimi gali būti gauta iš Y, \u200b\u200bdiferencialinių lygčių šios rūšies sprendimas bus toks funkcija y, išreikšta per vienetą iš dešinės pusės lygties. Jei funkcija iš Y funkcija yra skirtingas kairėje pusėje, tada abi lygties dalys yra integruotos. Kai diferencialinės lygties kintamieji nėra suskirstyti, jie bus reikalingi suskirstyti, kad gautų diferencialinę lygtį su atskirtais kintamaisiais. Linijinė diferencialinė lygtis. Linijinė yra vadinama diferencialine lygtimi, kuri turi funkciją ir visi jo dariniai yra pirmuoju laipsniu. Bendras lygties vaizdas: Y '+ A1 (x) y \u003d f (x). F (x) ir A1 (x) yra nuolatinės funkcijos iš x. Šio tipo diferencialinių lygčių sprendimas sumažinamas iki dviejų diferencialinių lygčių su atskirtais kintamaisiais. Diferencialinės lygties tvarka. Diferencinė lygtis gali būti pirmoji, antra, N. tvarka. Diferencialo lygties tvarka lemia jame esančią vyresniųjų išvestinių finansinių priemonių tvarką. Mūsų paslaugose galite išspręsti diferencialines lygtis internetu pirmiausia, antra, trečią ir kt. įsakymas. Iš lygties sprendimas bus bet kokia funkcija y \u003d f (x), pakeičiant, kuris į lygtį, gausite tapatybę. Diferencialo lygties sprendimo sprendimo procesas vadinamas integracija. Cauchy užduotis. Jei, be diferencialinės lygties, nurodyta pradinė būsena (x0) \u003d Y0, tai vadinama Cauchy užduotimi. Lygčių sprendimas pridedamas Y0 ir X0 rodiklių ir nustato savavališko pastovaus C vertę, o tada ypatingas šios vertės lygties sprendimas C. Tai yra cauchy problemos sprendimas. Cauchy užduotis yra kita užduotis su ribinėmis sąlygomis, kurios yra labai dažnas fizikoje ir mechanikoje. Be to, jūs turite galimybę nustatyti Cauchy užduotį, tai yra nuo visų galimų sprendimų pasirinkti privatų, kuris atitinka nurodytus pradines sąlygas.
Diferencialinė lygtis (dB)
- tai yra lygtis,
kur - nepriklausomi kintamieji, y - funkcijos ir privačios išvestinės priemonės.
Įprasta diferencialinė lygtis - tai skirtumas lygtis, turinti tik vieną nepriklausomą kintamąjį ,. \\ t
Diferencinė lygtis privačiuose išvestinių finansinių priemonių - tai yra diferencialinė lygtis, turinti du ar daugiau nepriklausomų kintamųjų.
Žodžiai "paprasti" ir "privačiuose dariniuose" gali nusileisti, jei tai yra aiški, kuri lygtis yra laikoma. Ateityje laikoma įprasta diferencialinė lygtis.
Diferencialinės lygties tvarka - tai yra senesnio darinio tvarka.
Čia pateikiamas pirmosios eilės lygties pavyzdys:
Čia pateikiamas ketvirtosios eilės lygties pavyzdys:
Kartais pirmosios eilės diferencialinė lygtis užfiksuojama diferencialais:
Šiuo atveju kintamieji X ir Y yra lygūs. Tai yra, nepriklausomas kintamasis gali būti ir X ir y. Pirmuoju atveju Y yra funkcija iš x. Antruoju atveju X yra funkcija iš Y. Jei reikia, mes galime paskatinti šią lygtį į formą, kuria išvestinė priemonė yra aiškiai įtraukta.
Dalijimasis šia lygtimi DX, mes gausime:
.
Nes ir taigi tai reiškia, kad
.
Diferencialinių lygčių sprendimas
Išlyginių funkcijų išvestinės finansinės priemonės išreiškiamos pagal elementarų funkcijas. Integralai iš pradinių funkcijų dažnai nėra išreikštos pagal pagrindines funkcijas. Su diferencialinėmis lygtimis situacija yra dar blogesnė. Kaip rezultatas, sprendimas gali būti gaunamas:
- aiški priklausomybė nuo kintamojo;
Diferencialo lygties sprendimas - tai yra funkcija y \u003d u (x)kuris yra apibrėžtas, n kartus diferencijuojamas ir.
- netiesioginė priklausomybė nuo φ tipo lygties forma (x, y) \u003d 0 arba lygčių sistema;
Integruota diferencialinė lygtis - Tai yra diferencialinės lygties sprendimas, turintis netiesioginį vaizdą.
- priklausomybė išreiškiama pagal elementarines funkcijas ir jų integralą;
Diferencialo lygties sprendimas kvadratų - Tai yra sprendimo dėl elementarių funkcijų ir integralų derinio išvada.
- sprendimas negali būti išreikštas pagal pagrindines funkcijas.
Kadangi diferencialinių lygčių tirpalas sumažinamas iki integralų skaičiavimo, tirpalas apima konstantų C1, C2, C3, ... C N. Nuolatinio lygtinio lygties tvarka. Privačios integruotos diferencialinės lygties - tai yra bendras integralas už pastovių C1, C2, C3, ..., C N.
Nuorodos:
V.V. Stepanovas, skirtumų lygtis, "LCA", 2015 m.
N.M. Gunter, R.O. Kuzmin, užduočių rinkimas aukštojo matematikai, "LAN", 2003 m.
6.1. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai
Sprendžiant įvairias matematikos ir fizikos problemas, biologiją ir mediciną, dažnai galima nedelsiant nustatyti funkcinę priklausomybę nuo formulės, kuri jungiasi kintamuosius, kurie apibūdina tyrimą. Taip pat būtina naudoti lygtis, kuriose yra nepriklausomas kintamasis ir nežinoma funkcija bei jos dariniai.
Apibrėžimas.Lygtis, jungianti nepriklausomą kintamąjį, nežinomą funkciją ir jų darinius įvairių užsakymų, yra vadinamas skirtumas.
Nežinoma funkcija paprastai skiria y (x)arba tiesiog. \\ t y,ir jo dariniai - y ", y "ir tt
Kiti pavadinimai yra galimi, pavyzdžiui: jei y.\u003d x (t) x "(t), x" "(t)- jos dariniai ir t.- Nepriklausomas kintamasis.
Apibrėžimas.Jei funkcija priklauso nuo vieno kintamojo, diferencialinė lygtis vadinama įprasta. Bendroji forma Įprasta diferencialinė lygtis:
arba. \\ T
Funkcijos. \\ T F.ir. \\ T f.negali būti jokių argumentų, bet tam, kad lygtys būtų skirtingas, išvestinių finansinių priemonių buvimas.
Apibrėžimas.Diferencialo lygties tvarkasenesnės išvestinės priemonės įsakymas yra vadinamas.
Pavyzdžiui, x 2 y "- y.\u003d 0, y "+ nuodėmė x.\u003d 0 - pirmųjų užsakymų lygtis ir y "+ 2 y "+ 5 y.= x.- antrosios eilės lygtis.
Sprendžiant diferencialines lygtis, naudojamas integracijos operacija, kuri yra susijusi su savavališko pastovaus išvaizda. Jei taikoma integracijos veiksmas n.kartą, akivaizdu, kad sprendime bus pateiktas n.savavališkai pastovus.
6.2. Pirmosios eilės lygtys
Bendroji forma pirmosios eilės diferencialinė lygtisnustatoma pagal išraišką
Lygtis negali būti aiškiai x.ir. \\ T y,bet būtinai yra. "
Jei lygtis gali būti parašyta kaip
jis gaunamas pagal pirmos eilės diferencialinę lygtį, leidžiama palyginti su išvestine finansine priemone.
Apibrėžimas.Bendras pirmos eilės diferencialinės lygties (6.3) (arba (6.4)) sprendimas yra įvairių sprendimų. kur Nuo.- savavališkai pastovus.
Skambinama diferencinės lygties sprendimo diagrama integruota kreivė.
Suteikti savavališką pastovią Nuo.Įvairios vertės, galite gauti privačius sprendimus. Ant paviršiaus xOY.bendras sprendimas yra integruotų kreivių, atitinkančių kiekvienam asmeniniam sprendimui, šeima.
Jei nustatysite tašką A (x 0, y 0),per kurį turėtų būti laikoma integruota kreivė, paprastai, kaip taisyklė, iš įvairių funkcijų Galite skirti vieną - konkretų sprendimą.
Apibrėžimas.Privatus sprendimasdiferencinė lygtis yra sprendimas, kuriame nėra savavališkų konstantų.
Jeigu yra bendras sprendimas nuo būklės
galima rasti nuolatinį Nuo.Paskirstyti pradinė sąlyga.
Užduotis rasti asmeninį diferencinės lygties (6.3) arba (6.4) sprendimą, atitinkantį pradinę būklę dėl vadinamas cauchy užduotis.Ar ši užduotis visada turi sprendimą? Atsakyme yra ši teorija.
Cauchy teorema(Sprendimo egzistavimo ir unikalumo teorema). Tarkime, diferencialinėje lygtyje y "= f (x, y)funkcija f (x, y)ir ji
privatus darinys apibrėžti ir nepertraukiamai
regionas D,yra taškas Tada šioje srityje D.egzistuoja
vienintelis lygties sprendimas, atitinkantis pradinę būklę dėl
Cauchy teorema teigia, kad tam tikromis sąlygomis yra viena neatskiriama kreivė y.= f (x),per tašką Taškai, kuriuose nėra theorem sąlygos
Cauchy, vadinamas ypatingas.Šiuose taškuose toleruoja pertraukas f.(x, y) arba.
Per ypatingą tašką, kai kurios sudėtinės kreivės ar bet kurios.
Apibrėžimas.Jei sprendimas (6.3), (6.4), rastas f.(x, y, C) c)\u003d 0, neleidžiama palyginti su y, tada jis vadinamas bendras integralasdiferencialinė lygtis.
Cauchy teorema garantuoja, kad egzistuoja sprendimas. Kadangi nėra vieno sprendimo ieškojimo būdo, mes apsvarstysime tik kai kurias pirmosios eilės diferencialinių lygčių tipus kvadratai.
Apibrėžimas.Diferencialinė lygtis vadinama sudėtinga kvadratuosejei jo išvada sumažinama iki funkcijų integravimo.
6.2.1. Diferencialinės lygtys pirmosios eilės su atskyrimo kintamaisiais
Apibrėžimas.Pirmosios eilės diferencialo lygtis vadinama lygtimi suskirstyti kintamieji
Dešinėje lygties pusėje (6.5) yra dviejų funkcijų, kurių kiekvienas priklauso tik nuo vieno kintamojo.
Pavyzdžiui, lygtis yra lygtis su atskyrimu
mISI kintamieji
lygtis
negali būti pateikta kaip (6.5).
Atsižvelgiant į tai , perrašykite (6.5) forma
Iš šios lygties gauname diferencialinę lygtį su atskirtais kintamaisiais, kuriuose yra funkcijų, kurių skiriasi priklausomai nuo atitinkamo kintamojo:
Integruoti dirvožemį
kur c \u003d. C2 - C1 - savavališkai pastovus. Sąvoka (6.6) yra bendras lygties (6.5) integralas.
Dalijimasis abiem lygtimi (6.5) dalimis, mes galime prarasti tuos sprendimus Iš tiesų, jei dėl
tam. \\ T akivaizdu, kad lygties (6.5) sprendimas.
1 pavyzdys.Raskite sprendimo lygties formą
būklė: y.\u003d 6 O. x.= 2 (y.(2) = 6).
Sprendimas.Pakeisti u "onde. . Padauginkite abi dalis
dx,kadangi su tolesne integracija negali būti palikta dX.denominatoriuje:
ir tada padalijant abi dalis mes gauname lygtį,
kuri gali būti integruota. Mes integruojame:
Tada ; Stiprumas, mes gauname y \u003d c. (x + 1) -
sprendimas.
Pagal pirminius duomenis, mes apibrėžiame savavališką pastovią, pakeisdami juos į bendrą sprendimą
Galiausiai gaukite y.\u003d 2 (x + 1) - privatus sprendimas. Apsvarstykite daugiau pavyzdžių sprendžiant lygtis su atskyrimo kintamaisiais.
2 pavyzdys.Raskite lygties sprendimą
Sprendimas.Atsižvelgiant į tai , gauti .
Integruoti abi lygties dalis, turėsime
nuo.
3 pavyzdys.Raskite lygties sprendimą Sprendimas.Mes padalijame abi dalį tų veiksnių, kurie priklauso nuo kintamo, kuris neatitinka kintamąjį po diferencialo ženklu, t.y. On integruoti. Tada mes gauname
ir, galiausiai
4 pavyzdys.Raskite lygties sprendimą
Sprendimas.Žinant, persekiojant. Atskyrimas
lIM kintamieji. Tada
Integruoti, gauti
Komentaras.1 ir 2 pavyzdžiuose, norima funkcija y.išreikštas aiškiai (bendras sprendimas). 3 ir 4 pavyzdžiuose - netiesiogiai (bendras integralas). Ateityje sprendimo forma nebus nurodyta.
5 pavyzdys.Raskite lygties sprendimą Sprendimas.
6 pavyzdys.Raskite lygties sprendimą patenkinti
sąlyga y (e)= 1.
Sprendimas.Mes parašytume lygtį formoje
Padauginus abi dalis lygties dalių dX.ir, mes gauname
Integruoti abi lygties dalis (integruotas į dešinę pusę yra paimti į dalis), mes gauname
Bet sąlyga y.\u003d 1. x.= e.. Tada
Pakeiskite nustatytas vertes Nuo.apskritai:
Gauta išraiška vadinama asmeniniu diferencialinės lygties sprendimu.
6.2.2. Vienodos pirmos eilės diferencialinės lygtys
Apibrėžimas.Pirmosios eilės diferencialinė lygtis vadinama homogeniškasjei jis gali būti atstovaujamas kaip
Leiskite mums duoti algoritmą sprendžiant homogeninę lygtį.
1. Easy y.pristatome naujas funkcijas ir todėl,
2.Jūsų funkcijos sąlygos u.(6.7) lygtis
i.E. Pakaitinis sumažina vienodą lygtį lygimui atskiriant kintamuosius.
3. lygtis (6.8), pirmiausia surandame u ir tada y.\u003d Ux.
1 pavyzdys.Išspręsti lygtį Sprendimas.Mes parašytume lygtį formoje
Gaminame pakeitimą:
Tada
Pakeisti
Padauginkite apie dx: Mes padaliame iki x.ir On. tada
Integruoti abi lygties dalis pagal atitinkamus kintamuosius, turėsime
arba, grįžkite į senus kintamuosius, pagaliau gauti
2 pavyzdys.Išspręsti lygtį Sprendimas.Leisti būti tada
Mes padaliame abi lygties dalis x 2: Mes atskleisime skliaustelius ir pergrupuosime terminus:
Pasukdami į senus kintamuosius, mes pasieksime galutinį rezultatą:
3 pavyzdys.Raskite lygties sprendimą turint omenyje
Sprendimas.Atlikti standartinį pakeitimą gauti
arba. \\ T
arba. \\ T
Tai reiškia, kad tam tikras sprendimas turi formą 4 pavyzdys. Raskite lygties sprendimą
Sprendimas.
5 pavyzdys.Raskite lygties sprendimą Sprendimas.
Nepriklausomas darbas
Rasti diferencialinių lygčių sprendimą su atskyrimo kintamaisiais (1-9).
Rasti vienodų diferencialinių lygčių sprendimą (9-18).
6.2.3. Kai kurios pirmosios eilės diferencialinės lygtys
Užduotis apie radioaktyviųjų skilimo
Dishay RA (radio) greitis kiekvienu laiko momentu yra proporcingas jos grynųjų pinigų masei. Raskite RA radioaktyviųjų skilimo įstatymą, jei yra žinoma, kad pradiniame momentu taip pat buvo pusinės RA yra lygus 1590 metų.
Sprendimas.Tegul Ra būti šiuo metu x.= x (t)g, ir. \\ T Tada skilimo ra lygis yra lygus
Pagal užduotį
kur k.
Atskirti paskutinėse lygčių kintamuose ir integruojant, mes gauname
nuo.
Nustatant. \\ T C.mes naudojame pradinę sąlygą: kada .
Tada ir tai reiškia
Proporcingumo koeficientas k.nustatykite iš papildomos sąlygos:
Turėti
Iš čia ir norimą formulę
Problema bakterijų reprodukcijai
Bakterijų reprodukcijos greitis yra proporcingas jų skaičiui. Pradiniame momentu buvo 100 bakterijų. 3 valandas jų skaičius padvigubėjo. Raskite bakterijų skaičiaus priklausomybę nuo laiko. Kiek kartų bakterijų skaičius padidėja 9 valandas?
Sprendimas.Leisti būti x.- tuo metu bakterijų skaičius t.Tada, atsižvelgiant į sąlygą,
kur k.- proporcingumo koeficientas.
Iš čia Nuo sąlygos yra žinoma . Tai reiškia
Nuo papildomos būklės . Tada
Funkcija:
Taigi, už. \\ T t.= 9 x.\u003d 800, t.y. 9 val. Bakterijų skaičius padidėjo 8 kartus.
Padidinti fermento kiekį
Be alaus mielės kultūroje esamo fermento greitis yra proporcingas jo pradiniam skaičiui x.Pradinis fermento kiekis a.už valandą padvigubėjo. Rasti priklausomybę
x (t).
Sprendimas.Pagal sąlygą, diferencialinė lygtis proceso yra
iš čia
Bet . Tai reiškia C.= a.ir tada
Taip pat žinoma, kad
Taigi,
6.3. Antrosios eilės skirtumai
6.3.1. Pagrindinės sąvokos
Apibrėžimas.Diferencinės antrosios eilės lygtissantykis, kuris privalo nepriklausomą kintamąjį, norimą funkciją ir pirmuosius bei antrais išvestines finansines priemones.
Visų pirma atvejais, gali būti x, w.arba y ". Tačiau antrosios eilės lygtis būtina turėti u". Bendru atveju, antroji eilės diferencialinė lygtis yra parašyta forma:
arba, jei įmanoma, forma, išspręsta, palyginti su antra išvestine priemone:
Kaip ir pirmosios eilės lygties atveju, antroji eilės lygtis gali egzistuoti bendruose ir privačiuose sprendimuose. Bendras sprendimas turi formą:
Rasti privatų sprendimą
pradinėmis sąlygomis - paklausė
numeriai) vadinami cauchy užduotis.Geometriškai tai reiškia, kad reikia rasti integruotą kreivę. w.= y (x),per tam tikrą tašką ir šiuo metu paliečia
mėgaukitės teigiama ašies kryptimi JAUTIS.nustatyti. e. (6.1 pav.). Cauchy problema turi vieną sprendimą, jei dešinėje lygties pusėje (6.10), sukilėlių
rovan ir turi nuolatinius privačias išvestines finansines priemones y, u "kai kuriose pradžios taške kaimynystėje
Rasti pastovią dalį Įtraukta į konkretų sprendimą, turite išspręsti sistemą
Fig. 6.1.Integruota kreivė