Особливе рішення диференціальних рівнянь першого порядку

Диференціальним рівнянням називається рівняння, що зв'язує незалежні змінні, їх функції та похідні (або диференціали) цієї функції.

Якщо диференціальне рівняння має одну незалежну змінну, то воно називається звичайним диференціальним рівнянням, якщо ж незалежних змінних дві або більше, то таке диференціальне рівняння називається диференціальним рівнянням в приватних похідних.

Найвищий порядок похідних, що входять в рівняння, називається порядком диференціального рівняння.

1. Завдання Коші для диференціального рівняння першого порядку

Завданням Коші називається знаходження будь-якого приватного рішення диференціального рівняння виду у = j (х, С0), який задовольняє початковим умовам в (х0) = у0.

Теорема Коші. (Теорема про існування та єдиності розв'язку диференціального рівняння 1-го порядку)

Якщо функція f (x, y) неперервна в деякій області D в площині XOY і має в цій області безперервну приватну похідну

, то яка б не була точка (х0. у0) в області D, існує єдине рішення

, певне в деякому інтервалі, що містить точку х0. приймає при х = х0 значення j (х0) = у0. тобто існує єдине рішення диференціального рівняння.

1.1. геометричний сенс

Геометрично мова йде про знаходження інтегральної кривої, що проходить через задану точку М (х, у).

Виключно велике значення для теорії диференціальних рівнянь і її додатків має питання про суттєвості рішення задачі Коші і про єдиності цього рішення. Будемо говорити, що завдання Коші

має єдине рішення, якщо можна вказати таку околиця точки х

що в ній визначено рішення (1.1) і не існує рішення

визначеного в тій же околиці (1.2), значення якого не збігається зі значеннями рішення (1.1) хоч в одній точці околиці (1.2), відмінною від точки х. В іншому випадку говорять, що єдність розв'язку задачі Коші порушена.

Наявність властивості єдиності залежить від диференціального рівняння і від началіних даних х, у.

1.2. механічний сенс

2. Загальна і приватна рішення диференціального рівняння першого порядку

Спільним рішенням диференціального рівняння називається така функція, що диференціюється y = j (x, C), яка при підстановці в вихідне рівняння замість невідомої функції звертає рівняння в тотожність.

Властивості спільного рішення:

1) Оскільки постійна С - довільна величина, то взагалі кажучи диференціальне рівняння має безліч рішень.

2) При будь-яких початкових умовах х = х0. у (х0) = у0 існує таке значення С = С0. при якому рішенням диференціального рівняння є функція у = j (х, С0).

Рішення у = у (х), в кожній точці якого зберігається єдність розв'язку задачі Коші, називається приватним рішенням диференціального рівняння.

Приклад. Знайти спільне рішення диференціального рівняння

Загальне рішення диференціального рівняння шукається за допомогою інтегрування лівої і правої частин рівняння, яке попередньо перетворено наступним чином:

Схожі статті