Vajad kellegagi rääkida?
Küsi julgelt abi LasteAbi
Logi sisse

Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt (0)

3 KEHV
Punktid
  • Diferentsiaalvõrrandi üld- ja erilahend.


    Väärtus ja raja ülesanne

    Def 1.1 Võrrandit, milles osalevad sõltumatu muutuja , tundmatu funktsioon ja selle tuletised nim diferentsiaalvõrrandiks.
  • F(x, y(), y’(), …)=0
    Kui otsitav funktsioon y sõltub ainult ühest muutujast, siis seda nim harilikuks diferentsiaalvõrrandiks. Kui otsitav funktsioon sõltub mitmest muutujast, siis on tegemist osatuletistega diferentsiaalvõrranditega. Kõrgema järguga tuletis dif.võr määrab ära selle võrrandi järgu.

    Esimest järku dif võrrand on



  • Def 1.2 N-järku dif.võr (1.1) üldlahendiks nim n-parameetrilist lähtuvat funktsioonide parve või peret, mis muudab võrrandi samasuseks sõltumata parameetrite väärtustest.

  • Dif.võr lahendamist nim selle võrrandi integreerimiseks ja selle lahendid integraaliks, lahendi graafikut nim integraaljooneks.
    Kui n-järku võrrandile lisada n-algtingimust:

  • Siis saame algväärtuseks ülesande (1.1). esimest järku algväärtus ülesanne koosneb võrranditest ja ühest algtingimusest.

  • Def 1.3 Võrrandi (1.1) lahendit, mis rahuldab ka algtingimusi (1.4) nim selle võrrandi erilahendiks.
    Teist või kõrgemat järku võrrandile võib püstitada ka raja (väärtus) ülesande.
  • Dif.võr geomeetriline tõlgendus


    Esimest järku võrrandi ligikaudne lahendamise idee. Vaatleme esimest järku dif.võr.
    (2.1)
    See võrrand määrab igas tasapinna punktis P(x,y) tuletise y’ väärtuse. Tuletis on aga võrdne integraaljoone tõusuga (täisnurgatang). Järelikult saame selle funktsiooni f(x,y) määramispiirkonnas suunavälja või vektorvälja .
    Iga lahendi integraaljoon läbib suunavälja nii, et igas punktis puudutab ta vektorvälja vektorit
    . erilahend , mis rahuldab algtingimust
    läbib punkti P( x0 , y0 ). Selline geomeetriline tõlgendus võimaldab dif.võr ligikaudselt lahendada.
    Algpunktis P( x0 , y0 ) leitakse tõus
    ja liigutatakse sirgjoont mööda punktini P1( x1 , y1 ), kus . Seejärel leitakse tõus
    ja jätkatakse mööda sirget kuni punktini
    P2( x2 , y2) . Saadud murdjoont nim Euleri murdjooneks.
  • Eralduvate muutujatega võrrand


    Esimest järku dif.võr

  • On eralduvate muutujatega võrrand, kui avaldised A(x,y) ja B(x,y) tegurduvad nii, et iga tegur sõltub vaid ühest muutujast.
    Sel juhul saame
    →üldlahend
  • Homogeenne esimest järgu võrrand


    Def 4.1 Funktsioon f(x,y) on s-järku homogeenne funktsioon, kui kehtib võrdus
    (4.1)
    Kui s=0, siis on see nulljärku homogeenne funktsioon ehk lihtsalt homogeenne funktsioon.
    (4.1)’
    Võttes siin k=1/x saame, et homogeenne funktsioon sõltub vaid muutujate suhtest :
    (4.2)
    Def 4.2 võrrand (4.2) y’=f(x,y) on homogeenne kui funktsioon f(x,y) on homogeenne. Sõltub ainult suhtest y/x .
    On lihtne näha, et võrrand on homogeenne, kui A(x,y) ja B(x,y) on sama järku homogeensed.
    Et homogeenne võrrand (4.2) teisendub kujule (4.2)’ , siis teeme teisenduse
    (4.4)
    Siit saame leida
    ja
    Asendades võrrandisse (4.2)’ saame , mis on juba eralduvate muutujatega võrrand.
  • Lineaarne esimest järku võrrand


    Def 5.1 esimest järku dif.võr on lineaarne kui sel on lineaarne funktsioon y ja selle tuletise y’ suhtes y ja y’ esinevad vaid esimeses astmes ja nende kordajad sõltuvad vaid x-ist.
    (5.1)
    Siin , sest vastasel juhul pole dif.võr.
    Jagades võrrandi (5.1) mõlemad pooled läbi a(x)-ga, saame:
    (5.1)’ , kus
    Leiame võrrandi lahendi, otsime korrutist kujul:
    (5.2)
    Diferentseerides saame
    Asendades võrrandisse (5.1)’ leiame, et .
    Võttes ühise teguri sulgude ette, saame:
    Et ühe teguri selles korrutises võime vabalt valida, valime selle nii, et:
    See on eralduvate muutujatega võrrand.
    Leiame erilahendi
    See erilahend vastab tingimustele , asendades leitud erilahendi u algsesse võrrandisse, saame:
    , siit
    , seega
  • Näited protsessidest, mida kirjeldavad esimest järku dif.võr.


    Kui mingis protsessid vaadeldav suurus, kasvab või kahaneb kiirusega, mis on võrdne selle suurusega, siis saame võrrandi:
    (6.1)
    Vaatleme radioaktiivset lagunemist: Olgu m radioaktiivse aine mass momendil d ja α radioaktiivse lagunemise koefitsient, siis saame:
    (6.2)
    Siit
    , seega .
    Kui algmomendil t0=0 oli algmass m0, siis m0=Ce0=C.
    (6.3)
    →matemaatiline mudel.
    Radioaktiivseid aineid iseloomustatakse pooldumisajaga T, pärast mida on järel vaid pool esialgsest ainest.
    , siit
    (6.4)
  • Bernouille võrrand


    Def 7.1 bernouille võrrandiks nim võrrandit, mis omab kuju:
    (7.1)
    , kus , .
    Jagades võrrandi mõlemad pooled yk, saame:
    Võtame
    siis
    seega .
    Asendame (7.2), saame lineaarse võrrandi z suhtes:
    (8.3) .
    Praktiliselt lahendatakse Bernouille nii nagu lineaarne võttes .
  • Eksaktne võrrand


    Def 8.1 Esimest järku dif-võr
    (8.1)
    On eksaktne kui on täidetud tingimus:
    (8.2)
    Teoreem 8.1 Tingimus (8.2) on piisav ja tarvilik, et leiduks selline funktsioon , et
    (8.3) .
    Võrrandi (8.1) vasak pool omandab kuju:
    (8.4)
    du=0,
    mille üldlahendiks on
    (8.5) .
    Tuletame meelde joonintegraali potentsiaali mõiste. Vaatleme joonintegraali:
    (8.6)
    kus
    → vektorväli
    Teoreem 8.2 Joonintegraal (8.6) ei sõltu integreerimisteest L, siis ja ainult siis, kui on täidetud tingimus:
    (8.7)
    Tingimus (8.7) on piisav ja tarvilik, et väli
    oleks potnetsiaalne, kusjuures
    ehk
    ja
    , u(x,y) on potentsiaal.
    Kui väli on potentsiaalne, siis
    Kui P(x0,y0) ja Q(x,y), seega eksaktse võrrandi lahendi ja välja potnetsiaali leidmine toimub sama valemi abil.
    (8.8)
    Algpunktiks P(x0,y0) võib valida suvalise punkti, milles A(x,y) ja B(x,y) on määratud punkti ümbrusega. Võimaluse korral võtame x0=y0=0.
  • Mähisjoon (joonparv)


    Olgu meil antud üks joonparv võrranditega:
    (9.1) .
    Igale C väärtusele vastab üks parve joon.
    Def 9.1 Joon L on joonparve (9.1) mähisjoon, kui igas oma punktis see puudutab ühte parve joontest.
    Olgu
    joonparve (9.1) mähisjoon. Eeldame, et
    on pidev ja diferentseeruv. Olgu P(x,y) üks mähisjoone punkt, siis see punkt asub ka ühel parvejoontest, mis on määratud parameetriga C. Järelikult igale punktile mähisjoonel vastab teatud . Joonparve võrrandist (9.1) saame:
    (9.2) .
    Nüüd diferentseerime saadud võrdust, leiame
    Siit
    (9.3)
    Joonparve joonel C on const ja seega saame:
    See võrdus aga määrab ära y’ väärtuse L joone tõusu meie vaadeldavad punktis P(x,y). Et mähisjoon on sama puutuja ja tõus, kui parve joonel, siis (9.3) saame:
    (9.4)
    Kuid mähisjoonel see ei ole konstant ja seega
    Järelikult
    (9.5)
    Järelikult on joonparve mähisjoon määratud kahe võrrandiga.
    (9.6)
    Kui võrrandisüsteemist õnnestub elimineerida C, siis saame mähisjoone võrrandi
    või .
    Märkus: Kui joon
    on joonparve iseäraste punktide geomeetriline koht, siis selle joone punktid rahuldavad samuti võrrandisüsteemi (9.6).
    Def 9.2 Joonparve iseärasteks punktideks on punktid, milles
    ja .
    Tõepoolest, iseäraste punktide koordinaadid saab avaldada joonparve parameetri C kaudu ehk
    ja . Seega
    Diferentseerides leiame
    Et iseärases punktis
    ja
    , siis saame . See annabki süsteemi (9.6).
  • Tuletise suhtes ilmutamata kujul olev võrrand


    Vaatleme üldist esimest järku võrrandi erijuhte, kus y’ ei avaldu x ja y kaudu.
    (10.1)
    (10.1)’
    Sel juhul asendame y’ uue funktsiooniga ja diferentseerime võrrandit x suhtes. Vaadeldes x-i ja p-d y funktsioonina, seejuures:
    Saame
    → y-ki suhtes lineaarne
    Saame üldlahendi parameetrilisel kujul:
    (10.2)
    (10.1)’ teisendub eralduvate muutujatega võrrandiks.
    Siit
    Teine variant võrramdist, mida saame lahendada on:
    (10.3)
    (10.3)’
    Sel juhul asendame . Diferentseerime mõlemad pooled x-suhtes, leiame
    Kus
    → üldlahend parameetrilisel kujul
    (10.4)
    (10.3)’ saame eralduvate muutujatega võrrandi:
    Esimest järku võrrandi lahendi olemasolu teoreem ja ühesuse teoreem.
    Teoreem 10.1
    Vaatleme võrrandit, kus
    (10.5)
    Olgu f: f(x,y) pidev ristkülikus
    ja olgu täidetud Lipscitzi tingimus y-muutuja suhtes.
    Siis eksisteerib üksainus võrrandi (10.5) lahend :
    , mis rahuldab algtingimust .
    Lipschitsi tingimusest järeldub:
    Järelikult, kui eksisteerib osatuletis
    , siis saame, et
    (tõkestatud K-ga absoluutväärtus).
  • Claeraut’ ja Lagrange’i võrrandid


    Need võrrandid on võrrandi (10.3) erijuhud.
    Claeraut’ võrran omab kuju:
    (11.1) .
    Lagrange ’i võrrandi kuju on:
    (11.2) .
    Mõlemal juhul asendame
    ja diferentseerimine võrduse mõlemat pool x suhtes.
    (11.1) saame
    ja
    (11.3)
    sirgete parv
    Teine võimalus . Siit saame iseärase lahendi:
    (11.4)
    → sirgete parve mähisjoon.
    Langrang’i võrrandist (11.2) saame
    Võttes
    , saame lahendi p1, p2, …….., kusjuures p’=0. Siit saame iseärase lahendi (mähissirged):
    (11.5)
    i= 1, 2, …..
    Jagades võrrandi mõlemad pooled p’-ga, kus
    . Saame x-i suhtes lineaarse võrrandi
    Lagrange’i võrrandi saame üldlahendi parameetrilisel kujul:
    (11.6)
  • Kõrgemat järku dif.võr, mille järku saame alandada.


    Vaatleme sellist võrrandit:
    (12.1)
    Võtame otsitavaks funktsiooniks , siit
    ja saame simest järku võrrandi:
    (12.2)
    Kui võrrandis on n järjestikust tuletist
    (12.1)’
    Siis pärast asendust
    saame (n-1)-st järku võrrandi
    Vaatleme nüüd võrrandit
    (12.3)
    Asendame
    Siis saame teise tuletise asendada
    Võrrandi (12.3) teisendub esimest järku võrrandiks u suhtes
    (12.4)
  • Lineaarne teist järku dif.võr ja selle lahendite omadused.


    Def 13.1 Teist järku lineaarne dif.võr on lineaarne lahendi ja selle tuletise suhtes.
    (13.1)
    Jagades võrrandi a(x)-ga saame lihtsama kuju
    (13.1)’
    Võrrandit, mille parem pool võrdub nulliga nim homogeenseks .
    (13.2) y=0
    Lemma 13.1 Kui y1(x) ja y2(x) on kaks homogeense lin.võrrandi (13.2) lahendit, siis ka
    on samuti selle võrrandi lahend
    Tõestus 13.1 Tõepoolest
    Asendades võrrandis (13.2) saadus avaldisega saame:

    Lemma 13.2 Mittehomogeense võrrandi (13.1)’ üldlahend
    koosneb homogeense võrrandi (13.2) üldlahendist
    ja mittehomogeense võrrandi .
    (13.3)
    Tõestus 13.2 Olgu
    homogeense lineaarse võrrandi üldlahend, mis rahuldab võrrandit
    Ja millest kõigi algtingimuste
    Jaoks võib sobivalt valida C1 ja C2 abil leida erilahendi, mis rahuldab ka antud tingimusi. Olgu
    mittehomogeense võrrandi erilahend.
    Võttes
    , saame, et
    Olgu
    , siis saame
    algtingimusteks.
    Eelduse kohaselt saab määrata üldlahendis
    konstandid C1 ja C2 nii, et oleks täidetud ka need algtingimused
    ja
    . ■
  • Funktsioonide lineaarne sõltumatus.


    Wronski determinant ja selle omadused.

    Def 14.1 Funktsioonid
    on lineaarselt sõltumatud kui leiduvad sellised kordajad , mis ei ole üheaegselt nullid, et kehtib võrdus
    (14.1)
    Need funktsioonid on lineaarselt sõltumatud kui võrdus (14.1) on võimalik vaid nulliliste kordajatega.
    Kahe funktsiooni korral saame põhivõrduseks
    (14.1)’
    Kui
    ja
    on lineaarselt sõltuvad, siis peab üks kordajatest olema nullist erinev. Olgu
    siis leiame, et
    (14.2)
    Või
    Seega kui kaks funktsiooni on lineaarselt sõltuvad, siis nad on võrdelised või nende suhe on konstantne.
    Märkus: Kui süsteemis üks funktsioon on nullfunktsioon, siis see süsteem on lineaarselt sõltuv.
    Def 14.2 kahe funktsiooni Wronski determinandiks ehk Vronskiaaniks nim determinanti :
    (14.3)
    n-funktsiooni Vronskiaan on
    (14.3)’
    Teoreem 14.1 Kahe funktsiooni Wronski determinant on null, siis ja ainult siis kui need funktsioonid on lineaarselt sõltuvad.
    Tõestus 14.1 Piisavus
    ja
    lineaarsest sõltuvusest → .
    Kui
    ja
    on lineaarselt sõltuvad, siis
    Seega
    ja
    Terviklikkus :
    ja
    lineaarselt sõltuvad
    Eeldame, et
    ( kui
    on konstantselt null, siis on funktsioonid lineaarselt sõltuvad).
    Siis
    Järelikult
    See tähendabki, et need funktsioonid on lineaarselt sõltuvad. ■
    Teoreem 14.2 Olgu y1 ja y2 kaks homogeense lineaarse võrrandi lahendit. Olgu võrrandi kordajad pidevad lõigul [a, b]. Kui nende funktsioonide Vronskiaan on nullist erinev ühes punktis , siis see on nullist erinev kogu lõigul.
    Tõestus 14.2
    Eelduse kohaselt
    Korrutame esimese võrduse y’2-ga teise y’1-ga ning lahutame esimesest teise.
    Saame
    Kuid
    Siit saame W determinandi suletiseks
    Järelikult saame võrrandi
    (14.5)
    See on Liouille’i valem. Järelikult, kui
    , siis Liouille’i valemi (14.5) kohaselt ka

    Järeldus 1 Kui lahendite vronskiaan on null mingis punktis, siis see on konstantselt null kõigis punktides.
    Järeldus 2 Kui homogeense lineaarse võrrandi lahendid on lineaarselt sõltumatud, siis nende vronskiaan on nullist erinev.
    Teoreem 14.3 Olgu y1 ja y2 kaks lineaarselt sõltumatut lineaarse homogeense võrrandi erilahendit, siis selle võrrandi üldlahend on
    (14.6)
    Kus C1 ja C2 on suvalised konstandid.
    Tõestus 14.3 Lemmas 13.1 järeldub, et y(x) on homogeense lineaarse võrrandi lahend. Näitame, et mistahes algtingimuste
    ja
    jaoks saab leida konstandid C1 ja C2 nii, et need tingimused oleksid rahuldatud. Kasutades võrdust (14.6) saame, et
    (14.7)
    See on lineaarse võrrandi süsteem C1 ja C2 suhtes, mille determinant on Vrosnki determinant
    , sest eelduse kohaselt on lahendid
    ja
    lineaarselt sõltumatud.
    Järelikult on süsteemil (14.7) vaid ühene lahend, mis määrabki otsitava erilahendi. ■
    Teist järku lineaarse võrrandi üldlahendi leidmiseks on vaja leida kaks lineaarselt sõltumatut homogeense võrrandi erilahendit ja üks mittehomogeense võrrandi erilahend . Kahjuks ei ole olemas üldist meetodit teist järku homogeense võrrandi lahendamiseks. Üldine meetod eksisteerib vaid konstantsete kordajatega võrrandi jaoks.
  • Konstantsete kordajatega lineaarne dif.võr


    Vaatleme võrrandit
    (15.1)
    kus p ja q on konstandid ja sellele vastavat homogeenset võrrandit
    (15.2)
    Otsime võrrandi (15.2) lahendit kujul
    , siis
    ja
    . Asendades (15.2) saame
    , et
    , siis
    (15.3)
    See on homogeense võrrandi karakteristiline võrrand.
    Olgu selle võrrandi lahendiks kompleksarvude hulgal k1 ja k2.
  • reaalarvulised
    Sel juhul on homogeense võrrandi üldlahendiks
    (15.4)
    Sest erilahendid
    ja
    on lineaarselt sõltumatu

  • Üks lahenditest on
    . Näitame, et ja
    on erilahend
    Asendades võrrandisse (15.2) saame
    k saab olla võrrandi (15.3) kahekordseks null lahendiks kui võrrandi diskriminant (D) on null,
    Seega
    ja võrrand (15.2) on rahuldatud.
    Et , siis on saadud erilahendid lineaarselt sõltumatud ja võrrandi (15.2) üldlahendid on
    (15.5)
  • , kus
    Sel juhul
    ja
    on lineaarselt sõltumatud, kuid need on kompleks muutuja funktsioonid. Moodustame nendest lineaarsed kombinatsioonid, mis on juba reaalsed funktsioonid. Kehtib Euleri valem:
    Seega
    Järelikult
    Et
    Siis
    y1(x) ja y2(x) on homogeense võrrandi erilahendid ning nad on lineaarselt sõltumatud.
    Üldlahend on
    (15.6)
    Puuudu
    Kui q=0, siis saame
    ja kui ka p=0, siis saame vaid hulkliikme . Erilahendit otsime samal kujul kui (15.7) esitatud polünoomid tundmatute kordajatega.
    (15.8)
    Kus
    Ja
    Ai ja Bi i=0,….,n on tundmatud kordajad. Astendaja s on karakteristilise võrrandi juure
    kordsus. Kui sellist juurt ei ole siis s=0 ja .
    Tundmatute kordajate leidmiseks asendatakse y* avaldis võrrandisse (15.1) ja võrdsustatakse kordajad ühesuguste funktsioonide juures mõlemal pool võrdus märke. Saadakse
    võrrandit tundmatutega, mis laheneb üheselt.
    Kui parem pool f(x) avaldis (15.7) sisaldab kas
    või , siis erilahendi avaldis (15.8) peab sisaldama mõlemat funktsiooni.
  • Konstantide varieerimise meetod üldlahendi leidmiseks.


    Tundmatute kordajate meetod kõlbab vaid korrutise tüüpi avaldise (15.7 või seda tüüpi avaldise summa korral. Üldisemate funktsioonide f(x) korral tuleb kasutada konstantide varieerimise meetodit. Olgu homogeense võrrandi üldlahendiks:
    (16.1)
    kus
    ja
    on lineaarselt sõltumatud erilahendid ning C1 ja C2 on suvalised konstandid. Otsime mittehomogeense võrrandi erilahendit samal kujul asendades konstandid C1 ja C2 tundmatute funktsioonidega A(x) ja B(x).
    (16.2)
    Diferentseerides saame
    Et avaldises (16.2) on kaks tundmatut funktsiooni ning esialgne võrrand annab vaid ühe tingimuse, siis me võime nendelt funktsioonidelt nõuda veel ühe täiendava tingimuse täitmist.
    Täiendavaks tingimuseks võtame, et
    (16.3)
    Sel juhul saame
    ja võttes teise tuletise:
    Asendame y* ja selle tuletised mittehomogeensesse võrrandisse
    Leiame
    Seega
    (16.4)
    Võttes kokku võrrandid (16.3) ja (16.4) saame võrrandisüsteemi tuletiste A’(x) ja B’(x) leidmiseks
    (16.5)
    Selle süsteemi determinant on Wronski determinant
    Mis ei võrdu nulliga, sest erilahendid
    ja
    on lineaarselt sõltumatud.
    Järelikult süsteem lahendub üheselt, integreerides leiame otsitava funktsioonid:
    A(x) ja B(x) lõplikud avaldised võetakse nii, et integreerimiskonstant on null.
  • Konstantsete kordajatega esimest järku lineaarse dif.võr süsteemid.


    Vaatleme esimest järku dif.võr süsteeme normaalkujul ( kus tuletised avaldatud funktsiooni kaudu).
    (17.1)
    Kui funktsioonid
    on lineaarsed funktsioonid
    suhtes ning kordajad on konstantsed, siis on süsteemil kuju
    (17.2)
    kus aij (i,j= 1…..n) on arvkonstandid.
    Sellele süsteemile võib lisada algtingimuse kujul
    (17.3)
    (17.4)
    kus sõltumatuks muutujaks on t. Ja
    Toome sisse maatriksi tähistuse
    (17.5)
    Ning vektorid
    siis
    ja süsteemi (17.4) saab kirjutada maatriksi kujul
    (17.6)
    Esialgu vaatleme homogeense süsteemi lahendamist.
    (17.7)
    Otsime lahendit kujul
    , kus , mis on tundmatu vektor.
    Leiame tuletise
    Asendades võrrandisse (17.7) saame, et
    , kuid
    seega jääb järgi
    , kus
    on esimest järku ühikmaatriks. Siit siis
    (17.8)
    Võrrandi (17.8) on maatriks kujul esitatud homogeenne lineaarne algebraline võrrandisüsteem α1 ja α2 suhtes. Selline süsteem saab omada nullist erinevat lahendit vaid siis kui süsteemi determinant on null.
    (17.9)
    See on võrrandisüsteemi (17.7) karakteristiline võrrand, mille lahendiks on maatriksi A omaväärtused k1 ja k2.
    (17.10)
    Vektor
    aga omaväärtusele k1 ( või k2) vastav omavektor, mille saab määratleda konstantse kordaja täpsusega.
    Kirjutame (17.10) ruutvõrrandi saame
    Ehk
    (17.11)
    Võrrandi (17.7) üldlahendi leidmiseks tuleb leida kaks lineaarselt sõltumatut erilahendit
    ja
    ning võtta, et
    kus vektorid
    ja
    sõltuvad konstantidest C1 ja C2.
    Vaatleme üldlahendi erinevaid kujusid , sõltuvalt omaväärtuste tüübist.
  • reaalsed omavärrtused
    Sel juhul vastab omaväärtusele k1 omavektor , mille saab leida võrranist
    konstantse kordaja täpsusega. Seega . Analoogiliselt saab leida omavektori , mis vastab omaväärtusele k2.
    Seega
    (17.12)
    Üldlahendiks on avaldis.
    (17.13)

  • Otsime lahendit kujul
    Siit
    Võrdsustades funktsioonide
    ja ainul
    kordajad mõlemal pool võrdusmärki saame.
    Saame
    (17.14)
    on omaväärtusele k vastav omavektor.
    on assotseeritud vektor, mis vastab omaväärtuele k. Üldlahendiks on
    (17.15)
  • kompleksed omaväärtused
    Otsime üldlahendit kujul
    Diferentseerime ja asendame võrrandisse (17.7)
    Võrdsustades kordajad saame
    Ehk
    (17.16)
    Need võrrandid on samaväärsed ja määravad seose kahe vektori vahel.
    Võtame
    Vektori
    leiame võrrandist
    (17.17)
    Seejuures
    ja vektori
    leitakse üheselt . Üldlahendiks saame:
    (17.18)
  • Autonoomsed võrrandisüsteemid ja nende iseärased punktid.


    Def 18.1 Normaalkujul esitatud võrrandisüsteem ( tuletised on avaldatud funktsioonide kaudu)
    on autonoomne kui võrrandite paremad pooled ei sisalda sõltumatut muutujat t.
    (18.1)
    Süsteemi (18.1) üldlahendiks on funktsioonide parv:
    kus C1 ja C2 on suvalised konstandid. Seega on süsteemi (18.1) üldlahendiks kaheparameetriline joonte parv xy-tasandil. Joonteparve kvalitatiivne käitumine on määratud x ja y käitumisega t kasvades.
    Def 18.2 n-järku dif.võr
    faasiruumiks nim n-mõõtmelist ruumi, mille punktid on määratud funktsiooni ja tema tuletisega. Kui võrrand kirjeldab mingit süsteemi, siis lahendi punkt faasiruumis kirjeldab süsteemi olekut muutuja x teatud väärtuse korral. Muutuja x kasvamise korral moodustavad punktid faasijoone ehk trajektoori või orbiidi.
    Def 18.2’ n-esimest järku dif.võr süsteemi
    faasiruumiks on n-mõõtmeline ruum .
    Lahendi punktid moodustavad t kasvades faasiruumis faasijooned ( trajektoorid või orbiidid).
    Teist järku võrrandi või võrrandisüsteemi faasiruum on kahemõõtmeline
    faasiruum:
    kui meil on
    siis faasiruumi punkti moodustavad (x, y).
    Def 18.3 Autonoomse võrrandisüsteemi (18.1) iseäraseks punktiks on lahend
    , mille korral
    (18.3)
    Vastav trajektoor xy-tasandil on nn püsipunkt
    ehk tasakaaluseisund . Süsteemi (18.1( iseärases punktis ei ole määratud tuletis .
    Tõepoolest . Iseärases punktis saame määramatuse .
  • Teist järku lineaarse võrrandisüsteemi iseäraste punktide liigitus.


    Vaatleme lineaarset võrrandisüsteemi
    (19.1)
    ehk maatriks kujul: , kus .
    Süsteemi (19.1) iseäraseks punktiks on koordinaatide alguspunkt (0;0).
    Süsteemi karakteristiline determinant on
    ehk
    (19.2)
    Karakteristilise võrrandi juures k on maatriksi A omaväärtused.
    Vaatleme omaväärtuste k erinevaid variante :
  • , reaalsed ja sama märgiga .
    Sel juhul on iseäraseks punktiks sõlm.
    ebastabiilne sõlm
    stabiilne sõlm
  • , reaalsed ja erineva märgiga .
    Iseärases punktis on sadul , mis on alati ebastabiilne.
  • , reaalsed ja võrdsed.
    Maatriks A on ekvivalentne diagonaalse maatriksiga.
    Sel juhul on iseäraseks punktiks tähtsõlm.
    ebastabiilne tähtsõlm
    stabiilne tähtsõlm
  • , reaalsed ja võrdsed.
    Maatriks A on ekvivalentne maatriksiga:
    Iseäraseks punktiks on mitteregulaarne sõlm.
    ebastabiilne mitteregulaarne sõlm
    stabiilne mitteregulaarne sõlm
  • Komplekssed omaväärtused
    Iseäraseks punktiks on fookus .
    ebastabiilne fookus
    stabiilne fookus
  • Puhtimaginaarsed omaväärtused
    Iseäraseks punktiks on tsenter , mis on alati stabiilne.
  • Kkkk


  • Vaatleme lineaarse võrrandisüsteemi lahendamist ajumeetodil:
    (21.4)
    Vaatleme veidi üldisemat võrrandisüsteemi:
    (21.5)
    Eeldame, et kordajad rahuldavad tingimusi:
    (21.6)
    Võrrandisüsteemi (21.4) korral
    Ja tingimused (21.6) on täidetud, sest
    Otsime süsteemi (21.5) lahendit järgmisel kujul:
    (21.7)
    Asendades võrrandisse (21.5), saame:
    Asendame yk väärtuse
    kaudu (kasutame võrdlust (21.7))
    Selleks, et see võrdlus kehtiks kõigis punktides, peavad mõlemad nurksulgudes olevad avaldised võrduma nulliga.
    Siit saame avaldada
    ja
    (21.8)
    Eeldusel (21.6) kohaselt
    . Järelikult , kui
    ja nimetajad (21.8) on positiivsed. Näitame, et kõik -d rahuldavad tingimust .
    Kirjutame (21.6) teise tingimuse kujul
    , kus . Siis (21.8) esimesest võrdlusest leiame.
    Et eelduse kohaselt , siis ka . ■
    Kui kordajad
    ja
    on valemite (21.8) abil leitud, siis saame viimase väärtuse jaoks:
    Teiselt poolt on võrrandisüsteemis (21.5) seos
    Seega
    Siin
    , sest
    ja .
    Nüüd saame valemi (21.7) abil leida kõik otsitava lahendi väärtused .
    Valemid (21.8) nim otsesuunalise aju valemiteks ning valemit (21.7) tagasisuunalise aju valemiks .
    29
  • Vasakule Paremale
    Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #1 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #2 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #3 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #4 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #5 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #6 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #7 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #8 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #9 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #10 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #11 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #12 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #13 Diferentsiaalvõrrandite eksami konspekt #14
    Punktid Tasuta Faili alla laadimine on tasuta
    Leheküljed ~ 14 lehte Lehekülgede arv dokumendis
    Aeg2012-05-21 Kuupäev, millal dokument üles laeti
    Allalaadimisi 427 laadimist Kokku alla laetud
    Kommentaarid 0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
    Autor AnnaAbi Õppematerjali autor

    Sarnased õppematerjalid

    DV II KT vastused
    14
    odt

    DV II KT vastused

    .., y0(n-1)) є D korral on Cauchy ülesandel {(1);(2)} parajasti üks lahend. Üldlahend – võrrandi (1) lahendite pere y = y(x, C 1, C2, ..., Cn), mis sõltuvad n suvalisest konstandist C1, ..., Cn ja mille puhul iga punkti (x0, y0, ..., y0(n-1)) = є D jaoks leiduvad konstantide väärtused C10, C20, ..., Cn0, nii et lahend y = y(x,C10,...,Cn0) rahuldab algtingimusi (2). Erilahend – võrrandi (1) lahend, mis on saadud konstantide fikseerimisega. 2. Lihtsamate n-järku diferentsiaalvõrrandite integreerimine. V: Lihtsamate n-järku DV lahendamine – üldkuju F(x, y, y', ..., y(n)) võrrandit kujul, siis arvestame (2) algtingimusi: yn = f(x) n (n-1) et y = dy /dx, siis dy(n-1)/dx = f(x)|·dx dy(n-1) = f(x)dx|ʃ y(n-1) = ʃfxdx + C1. Et y(n-1) = dy(n-2)/dx, siis

    Dif.võrrandid
    Dif 2-kollokvium
    8
    docx

    Dif 2. kollokvium

    .+pn(x) (y1+y2)=p0(x)(y1 +y2 )+p1(x)(y1 +y2 )+..+pn(x)(y1+y2)=p0(x)y1(n)+p1(x)y1(n-1) +..+pn(x)y1+p0(x)y2(n)+p1(x)y2(n- (n) (n) (n-1) (n-1) 1) +..+pn(x)y2=Ly1+Ly2. Lahendite vahelised seosed-seame igale vahemikus (a;b) n-korda pidevalt diferentseeruvad fn y=y(x) vastavusse fn Ly järgmisse eeskirja. Siis saame lineaarse DV p 0(x)y(n)+p1(x)y(n-1)+... +pny=f(x) lühidalt kirjutada Ly=f (1) ning vastav homogeenne võrrand on siis kujul Ly=0 (1 h) Omadus1:Kui y1,y2,...,yn on võrrandi(1h) lahendid,siis on ka y=C 1y1+C2y2+...+Cnyn võrrandi(1h) lahend.Tõestuseks on vaja näidata,et kui Ly1≡0,...,Lyn≡0,siis L(C1y1+...+ Cnyn)≡0. L(C1y1+C2y2+...+Cnyn)=L(C1y1)+L(C2y2)+...+L(Cnyn)= C1Ly1+C2Ly2+...+ CnLyn=C10+...+Cn0=0. Omadus2:Kui y1,y2,...,yn on (1h) lahendid, y* on aga (1) lahend, siis y=C1y1+C2y2+...+Cnyn+y* on (1) lahend.Tõestus on vaja näidata,et Ly≡f. Ly= L(C 1y1+C2y2+...

    Dif.võrrandid
    Diferntsiaalvõrrandidte teooria nr-2
    1
    docx

    Diferntsiaalvõrrandidte teooria nr. 2

    D. Siis iga punkti (x0, y0, ..., y0(n-1)) D korral on Cauchy ülesandel {(1);(2)} parajasti üks lahend. Üldlahend ­ võrrandi (2) üldlahendiks piirkonnas D nim suvalisest konstandist C sõltuvat lahendit y=y(x;C), mis rahul tingimust : iga pnkti (xo;yo) D korral leidub konstdi C selline väärtus Co; et lahend y=y(x;C) rahuld algtingimust y( x0)= Erilahend ­ võrrandi (2) erilahend on lahend, mis on saadakse konstandi C fikseerimisega. 2. Lihtsamate n-järku diferentsiaalvõrrandite integreerimine. V: Lihtsamate n-järku DV lahendamine ­ üldkuju F(x, y, y', ..., y(n)) võrrandit kujul, siis arvestame (2) algtingimusi: yn = f(x) , et yn = dy(n-1)/dx, siis *dy(n-1)/dx = f(x)|·dx *dy(n-1) = f(x)dx| *y(n-1) = fxdx + C1. *Et y(n-1) = dy(n-2)/dx, siis *dy(n-2) = (f(x)dx + C1)dx *y(n-2) = (f(x)dx + C1)dx + C2 jne. *Saamegi y = y(x1, C1, C2, ..., Cn) arvestame tingimuse (2)

    Dif.võrrandid
    Kõrgem matemaatika II eksamimaterjal
    20
    docx

    Kõrgem matemaatika II eksamimaterjal

    Keha mass Kui keha tihedus on antud pideva funktsiooniga (x,y,z), kus (x,y,z) E, siis keha E mass võrdub mE= (x , y , z )dxdydz E Diferentsiaalvõrrand Diferentsiaalvõrrandiks nimetatakse võrrandit, milles on otsitavaks ühe või mitme muutuja funktsioon ning võrrand seob otsitavat funktsiooni ja tema tuletisi sõltumatute muutujatega Difirentsiaalvõrrandite Vastavalt sõltumatute muutujate arvule liigitatakse diferentsiaalvõrrandeid liigitus harilikeks ja osatuletistega diferentsiaalvõrranditeks Diferentsiaalvõrrandi Diferentsiaalvõrrandi järguks nimetatakse võrrandis esinevate otsitava järk funktsiooni tuletiste kõrgeimat järku

    Kõrgem matemaatika ii
    Matemaatilise analüüsi kollokvium nr 3
    20
    pdf

    Matemaatilise analüüsi kollokvium nr.3

     M, N, , Є C(D)   Siis leidub selline funktsioon F(x,y), mille täisdiferentsiaal dF(x,y) = M(x,y)dx + N(x,y)dy piirkonnas D. Lause: Rahuldagu funktsioonid M ja N ühelisidusas piirkonnas D järgmisi tingimusi:  M, N, , Є C(D)   Siis nimetame diferentsiaalvõrrandit M(x,y)dx + N(x,y)dy eksaktseks ehk täisdiferentsiaaliga diferentsiaalvõrrandiks, mille üldlahendi määrab võrrand , kus II liiki joonintegraal on võetud üle mingeid punkte ja ühendava joone. Kui C=0, siis saame algtingimusega Cauchy ülesande lahendi. 9.Eralduvate muutujatega diferentsiaalvõrrand Eraldatud muutujatega võrrandiks nimetatakse diferentsiaalvõrrandit, mis on esitatav kujul M(x)dx + N(y)dy =0, kus M=M(x) ja N=N(y) on teadaolevad ühemuutuja funktisoonid. Vaatame võrrandit M(x)dx + N(y)dy =0, Seega My=Nx=0

    Matemaatiline analüüs 2
    Matemaatilise analüüsi 2 kollokviumi
    5
    doc

    Matemaatilise analüüsi 2.kollokviumi

    Osatuletistega diferentsiaalvõrrand ­ otsitav on mitme muutuja funktsioon zxx + zyy = 0. piirkonnaks D , siis f(x,y)dxdy = f(x(u,v),y(u,v))|J(u,v)|dudv. Teiseks oluliseks tunnuseks diferentsiaalvõrrandite liigitamisel on võrrandi järk. Diferentsiaalvõrrandi järguks nimetatakse temas Polaarkoordinaadid on kahemõõtmeline koordinaatide süsteem, kus iga tasandi punkt on määratud kaugusega fikseeritud punktist sisalduvate tuletiste kõrgeimat järku. Esimest järku: ydy + xdx = 0; x2yzx + xy2zy = exy. Teist järku: y'' + y = 2ex; zxx + zyy = 0.

    Matemaatiline analüüs 2
    Matemaatiline analüüs II 2-kollokviumi spikker
    8
    pdf

    Matemaatiline analüüs II 2. kollokviumi spikker

    võimaldab meil täiendada süsteemi kolmanda võrrandiga  (x, y) = 0 viies sellega tundmatute ja võrrandite eksaktseks ehk täisdiferentsiaaliga diferentsiaalvõrrandiks, mille üldlahendi määrab võrrand  ′ x(x, y) = 0 , f′y (x, y) + λ  ′ y(x, y) = 0 ,

    Matemaatiline analüüs 2
    Majandusmatemaatika IIE eksami kordamisküsimused
    13
    pdf

    Majandusmatemaatika IIE eksami kordamisküsimused

    suvalisele konstandile C anda konkreetne väärtus C=C0. Seost (x,y,C0)=0 nim sel juhul võrrandi eriintegraaliks. Üldlahendi geomeetriliseks tõlgenduseks on koordinaattasandil asetsev joonteparv, mis sõltub ühest suvalisest konstandist C. Neid jooni nim antud dif.võrrandi integraaljoonteks. Cauchy'i ülesanne: y'=f(x,y). Leida selline lahend, mis algtingimustel y(x0)=y0 ??? 33. Eralduvate muutujatega ja homogeenne võrrand M(y)dy=N(x)dx ­ võrrandi teisendavust sellisele kujule nim muutujate eraldamiseks. ! Homogeenset võrrandit iseloomustab võrrand: y'=f ! . Asendusega u=y/x saab homogeense võrrandi teisendada eralduvate muutujatega võrrandiks u ja x-i suhtes. !" ! ! N: !" - ! = ! ! ! ! = ! + ! = + ! , = ! = , = + ' !" + = + !. !" !! !" !

    Majandusmatemaatika




    Meedia

    Kommentaarid (0)

    Kommentaarid sellele materjalile puuduvad. Ole esimene ja kommenteeri



    Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega Nõustun