Типовой расчет по дифференциальным уравнениям мгту

Типовой расчет по дифференциальным уравнениям мгту

Решебник типового расчета по дифференциальным уравнениям для студентов II курса (III семестр) факультета Кибернетики, МГТУ МИРЭА

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ
III семестр
ТИПОВОЙ РАСЧЁТ

Список решенных вариантов типового расчета по дифференциальным уравнениям для студентов II курса (III семестр) факультета Кибернетики, МГТУ МИРЭА вы можете посмотреть ниже:

Задание:

Задача 1. Найти общее решение уравнения

используя характеристическое уравнение и метод вариации произвольных постоянных

Задача 2.
1) Проверить, что y₁(x) есть частное решение однородного уравнения L(y)=0. Зная это, найти общее решение уравнения L(y)=0.
2) Найти общее решение неоднородного уравнения L(y)=f(x) с заданной правой частью f(x), предположив, что одно из частных решений уравнения L(y)=f(x) является многочленом.

Задача 3. Решить задачу коши

а) с помощью формулы Дюамеля, решив предварительно вспомогательную задачу Коши

б) методом неопределенных коэффициентов (подбором частного решения неоднородного уравнения по правой части).

Задача 4. Найти изображение периодического оригинала с периодом T=2a. На рисунках указан вид его графика на одном периоде.

Задача 5. Операторным методом найти решение задачи коши

Для четных вариантов
для нечетных вариантов

Задача 6. Решить систему уравнений

с начальными условиями x(0)=x₀, y(0)=y₀ следующими методами:
а) сведением к уравнению второго порядка;
б) операторным методом.
в)* Операторным методом найти матричную экспоненту e At и с помощью нее решить для этой системы задачу Коши.
г) Определить характер фазового портрета точки покоя для линейной системы. Найти собственные значения и собственные векторы, нарисовать эскиз фазового портрета.

Задача 7*. (выполняется по усмотрению преподавателя группы)
Найти все точки покоя системы двух дифференциальных уравнений

Линеаризовать систему в окрестности той точки покоя (x₀; y₀), в которой максимальна сумма x₀+y₀. Определить характер фазового портрета для этой точки покоя, исследовать её на устойчивость.

Задача 8*. (выполняется по усмотрению преподавателя группы)
Найти свертку двух оригиналов (сигналов), изобразить геометрически полученную функцию (оригинал). Найти изображение полученного оригинала двумя способами:
1) непосредственно, вычисляя изображение как интеграл;
2) используя теорему об изображении свертки.

Типовой расчет по дифференциальным уравнениям мгту

pdf Лекция 1 . Первообразная и ее свойства. Неопределенный интеграл, его свойства, связь с дифференциалом. Таблица основных неопределенных интегралов.

pdf Лекция 2 . Интегрирование подстановкой и заменой переменной. Интегрирование по частям. Интегрирование выражений, содержащих квадратный трехчлен.

pdf Лекция 3 . Рациональные дроби. Разложение правильной рациональной дроби на сумму простейших (без д-ва). Интегрирование простейших дробей. Интегрирование правильных и неправильных рациональных дробей.

pdf Лекция 4 . Интегрирование выражений, рационально зависимых от тригонометрических функций. Интегрирование иррациональных функций. Примеры интегралов, не выражающихся через элементарные функции.

pdf Лекции 5-6 . Определенный интеграл как предел интегральных сумм. Теорема об интегрируемости кусочнонепрерывной функции (без д-ва). Геометрическая интерпретация определенного интеграла. Основные свойства определенного интеграла. Теоремы об оценке и о среднем значении.

pdf Лекция 7 . Определенный интеграл с переменным верхним пределом и теорема о его производной. Формула Ньютона-Лейбница. Вычисление определенных интегралов подстановкой и по частям. Интегрирование периодических функций, интегрирование четных и нечетных функций на отрезке, симметричном относительно начала координат.

Модуль 2 — «Приложения определенного интеграла»

pdf Лекция 8 . Несобственные интегралы по бесконечному промежутку (1-го рода). Несобственные интегралы от неограниченных функций на отрезке (2-го рода). Признаки сходимости несобственных интегралов. Абсолютная и условная сходимости. Несобственные интегралы с несколькими особенностями.

pdf Лекции 9-10 . Признаки сходимости несобственных интегралов. Абсолютная и условная сходимости. Несобственные интегралы с несколькими особенностями.

pdf Лекция 11 . Вычисление площадей плоских фигур, ограниченных кривыми, заданными в декартовых координатах, параметрическии и в полярных координатах.

pdf Лекции 12-13 . Вычисление объемов тел по площадям поперечных сечений и объемов тел вращения. Вычисление длины дуги и площади поверхности вращения. Метод Симпсона приближенного вычисления определенного интеграла.

Модуль 3 — «ОДУ первого порядка»

pdf Лекция 14 . Задачи, приводящие к дифференциальным уравнениям. Дифференциальное уравнение первого порядка, его решения. Частные и общие решения. Интегральные кривые. Понятие частной производной функции нескольких переменных. Задача Коши для дифференциального уравнения первого порядка. Теорема Коши о существовании решения дифференциального уравнения.

pdf Лекция 15 . Решение дифференциальных уравнений первого порядка: с разделяющимися переменными, однородных, линейных, Бернулли.

pdf Лекция 16 . Геометрическая интерпретация дифференциального уравнения первого порядка. Изоклины. Геометрическое решение дифференциальных уравнений с помощью изоклин. Особые точки и особые решения дифференциального уравнения первого порядка.

pdf Лекция 17 . Дифференциальные уравнения n-го порядка. Частные и общие решения. Задача Коши и ее геометрическая интерпретация (n=2). Теорема Коши о существовании и единственности решения дифференциального уравнения (без док-ва). Краевая задача. Понижение порядка некоторых типов дифференциальных уравнений n-го порядка.

Модуль 4 — «ОДУ высших порядков»

pdf Лекции 18-19 . Линейные дифференциальные уравнения n-го порядка, однородные и неоднородные. Теорема существования и единственности решения. Дифференциальный оператор L[y], его свойства. Линейное пространство решений однородного линейного дифференциального уравнения. Линейная зависимость и независимость системы функций на промежутке. Определитель Вронского (вронскиан). Теорема о вронскиане системы линейно независимых решений однородного линейного дифференциального уравнения. Теорема о структуре общего решения однородного линейного дифференциального уравнения. Размерность пространства решений однородного линейного дифференциального уравнения. Фундаментальная система решений однородного линейного дифференциального уравнения. Формула Остроградского-Лиувилля и ее следствия. Понижение порядка однородного линейного уравнения (при известном частном решении).

pdf Лекции 20-21 . Линейные однородные уравнения с постоянными коэффициентами. Характеристическое уравнение линейного однородного дифференциального уравнения. Построение общего решения по корням характеристического уравнения (вывод для n=2). Линейные неоднородные дифференциальные уравнения. Структура общего решения линейного неоднородного дифференциального уравнения. Теорема о наложении частных решений. Метод Лагранжа вариации постоянных (вывод для n=2). Структура частного решения линейного неоднородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами и правой частью специального вида.

pdf Лекция 22 . Нормальные системы дифференциальных уравнений. Автономные системы дифференциальных уравнений. Фазовое пространство и фазовые траектории. Задача и теорема Коши. Частные и общее решения. Сведение дифференциального уравнения высшего порядка к нормальной системе дифференциальных уравнений первого порядка. Сведение нормальной системы к дифференциальному уравнению высшего порядка (вывод для n=2). Первые интегралы системы. Понижение порядка системы дифференциальных уравнений при помощи первых интегралов. Интегрируемые комбинации. Симметрическая форма записи нормальной автономной системы дифференциальных уравнений.

pdf Лекция 23 . Системы линейных дифференциальных уравнений первого порядка. Определитель Вронского. Фундаментальная система решений. Формула Остроградского-Лиувилля. Теоремы о структуре общего решения однородной и неоднородной систем линейных дифференциальных уравнений. Метод вариации произвольных постоянных.

pdf Лекция 24 . Однородные системы линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. Характеристическое уравнение системы. Построение общего решения по корням характеристического уравнения (вывод только для случая действительных и различных корней).

Дифференциальные уравнения. Агафонов С.А., Герман А.Д., Муратова Т.В.

3-е изд., стер. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.— 352 с. (Сер. Математика в техническом университете. Вып. VIII ).

Изложены основы теории обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ) и даны основные понятия об уравнениях с частными производными первого порядка. Авторы стремились объединить строгость изложения теории дифференциальных уравнений с прикладной направленностью ее методов. В связи с этим приведены многочисленные примеры из механики и физики. Отдельная глава посвящена линейным ОДУ второго порядка, к которым приводят многие прикладные задачи. Главу, посвященную изложению численных методов, следует рассматривать как вводную.

Для студентов технических университетов и вузов. Может быть полезен интересующимся прикладными задачами теории дифференциальных уравнений.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 5
Основные обозначения 9
1. Общие сведения о дифференциальных уравнениях 15
1.1. Основные понятия и определения 15
1.2. Геометрическая интерпретация решения ОДУ. Поле направлений 18
1.3. Задачи, приводящие к решению дифференциальных уравнений 19
Вопросы и задачи 23
2. Теорема существования решения дифференциального уравнения первого порядка 24
2.1. Постановка задачи Коши. Интегральное неравенство 24
2.2. Теорема существования и единственности решения (теорема Коши) 27
2.3. Оценка разности решений двух уравнений. Непрерывная зависимость решения от начальных условий и параметра 37
2.4. Изоклины и их использование для приближенного построения интегральных кривых 45
Вопросы и задачи 47
3. Дифференциальные уравнения первого порядка 49
3.1. Дифференциальные уравнения с разделяющимися переменными 49
3.2. Однородные и квазиоднородные уравнения 55
3.3. Уравнения в полных дифференциалах. Интегрирующий множитель 59
3.4. Линейные дифференциальные уравнения первого порядка. Уравнения Бернулли и Риккати 63
3.5. Особые точки и особые решения ОДУ первого порядка 71
3.6. Уравнения, не разрешенные относительно производной 74
Д.3.1. Особенности составления дифференциальных уравнений в прикладных задачах 78
Д.3.2. Ортогональные и изогональные траектории 109
Вопросы и задачи 113
4. Системы обыкновенных дифференциальных уравнений 115
4.1. Задача и теорема Коши 115
4.2. Частное и общее решения системы дифференциальных уравнений 118
4.3. Оценка разности двух решений 119
4.4. Теорема Коши о существовании и единственности решения уравнения высшего порядка. Случаи понижения порядка 125
Вопросы и задачи 132
5. Системы линейных дифференциальных уравнений 134
5.1. Определения и основные свойства решений 134
5.2. Определитель Вронского. Фундаментальная система решений. Формула Остроградского — Лиувилля 138
5.3. Теоремы о структуре общего решения однородной и неоднородной систем 144
5.4. Метод вариации постоянных 147
5.5. Система линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. Характеристическое уравнение системы 151
5.6. Нахождение фундаментальной системы решений в случае различных корней характеристического уравнения 153
5.7. Структура фундаментальной системы решений в случае кратных корней 161
Вопросы и задачи 168
6. Линейные дифференциальные уравнения высших порядков 169
6.1. Сведение к линейной системе. Определитель Вронского и структура общего решения однородного уравнения 169
6.2. Общее решение неоднородного уравнения. Метод Лагранжа вариации постоянных 177
6.3. Понижение порядка линейного дифференциального уравнения 183
6.4. Линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами. Случай различных корней характеристического уравнения 185
6.5. Формула сдвига. Случай кратных корней характеристического уравнения. Уравнения Эйлера, Лагранжа, Чебышева 190
6.6. Структура частного решения уравнения с постоянными коэффициентами и специальной правой частью . 200
Вопросы и задачи 208
7. Нули решений дифференциального уравнения второго порядка 211
7.1. Приведение уравнения к двучленному виду 211
7.2. Нули решений. Теорема о конечности числа нулей на отрезке 214
7.3. Теорема о чередовании нулей. Теоремы сравнения и Кнезера 216
Д.7.1. О нулях решений нелинейных дифференциальных уравнений 222
Вопросы и задачи 223
8. Первые интегралы 224
8.1. Основные понятия и определения 224
8.2. Теорема о локальном существовании системы первых интегралов 228
8.3. Понижение порядка системы дифференциальных уравнений при помощи первых интегралов 230
8.4. Симметричная форма записи нормальной автономной системы дифференциальных уравнений 231
Вопросы и задачи 234
9. Элементы теории устойчивости 235
9.1. Основные определения и понятия 235
9.2. Устойчивость системы линейных дифференциальных уравнений 241
9.3. Теоремы Ляпунова об устойчивости по первому приближению 245
9.4. Функции Ляпунова. Теоремы Ляпунова об устойчивости и асимптотической устойчивости 251
9.5. Теоремы Четаева и Ляпунова о неустойчивости 254
Д.9.1. Библиографический комментарий 257
Вопросы и задачи 258
10. Особые точки на фазовой плоскости 259
10.1. Фазовый портрет системы 259
10.2. Система нелинейных дифференциальных уравнений 273
Д. 10.1. Математическая модель сосуществования двух популяций 278
Вопросы и задачи 281
11. Краевые задачи для дифференциального уравнения 283
11.1. Постановка краевой задачи 283
11.2. Линейная краевая задача. Сведение ее к задаче Коши 286
11.3. Прикладные примеры решения краевой задачи 290
Вопросы и задачи 303
12. Приближенные методы решения дифференциальных уравнений 304
12.1. Интегрирование дифференциальных уравнений при помощи степенных рядов 304
12.2. Метод последовательных приближений 308
12.3. Метод ломаных Эйлера 310
12.4. Метод Рунге — Кутты 314
12.5. Метод Чаплыгина 320
Вопросы и задачи 324
13. Дифференциальные уравнения первого порядка с частными производными 325
13.1. Линейное дифференциальное уравнение. Уравнения характеристик. Задача Коши 325
13.2. Квазилинейное дифференциальное уравнение . 330
Вопросы и задачи 334
Список рекомендуемой литературы 335
Предметный указатель 338

О том, как читать книги в форматах pdf , djvu — см. раздел » Программы; архиваторы; форматы pdf, djvu и др. «