Некоторые вопросы элементарной математики

Машиностроительное черчение
Выполнение сечений
Правила выполнения технических чертежей
Виды аксонометpических пpоекций
Эскиз детали
Нанесение размеров на чертежах
Чтение сборочных чертежей
Основные способы проецирования
Сопротивление материалов
Сопромат задачи
Сопротивление материалов примеры
Кинематика примеры решения задач
Статика примеры решения задач
Физика, электротехника
Электротехника
Электромагнетизм
Расчет режимов трехфазных цепей
Расчет электрических цепей постоянного и переменного тока
Методы расчета электрических цепей
Примеры  решения типовых задач по электротехнике
Физика оптика Курс лекций
Примеры решения задач по классической физике
Примеры решения задач контрольной работы по физике
Физика решение задач
Молекулярная физика и термодинамика
Курс лекций по атомной физике
Ядерная модель атома
Квантовая механика
Рентгеновские спектры
Первый газовый лазер
Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории.
Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы)
Радиоактивное излучение и его виды
Ядерные реакция

Понятие о ядерной энергетике

Информатика
Лекции Java
Язык JavaScript
Интернет
Язык PHP
Архитектура ПК
Высшая математика
Вычисление интегралов и рядов
Примеры вычисления интеграла
Примеры выполнения контрольной работы по математике
комплексные числа
Последовательности
Предел функции
Непрерывные функции
Дифференциальное исчисление
Формула Тейлора
Определенныеинтегралы
Двойной интеграл
Тройные интеграл
Криволинейные интегралы
Элементы теории поля
Интегралы от параметра
Элементы тензорного
исчисления
Примеры решения задач
Теория множеств
Построения графика функции
Элементарная математика
Интегралы
Кратные интегралы
Векторный анализ
Аналитическая геометрия
Интегральное исчисление
Дифферинциальные урав.
Элементарная математика
Математический анализ
Мат. анализа часть 3
Комплексные числа
 

 

Комбинаторика

Число размещений (без повторений) из n элементов по к

Число сочетаний из n элементов по к

Размещения с повторениями

Размещения данного состава

Бином Ньютона

Примеры решения задач

Метод математической индукции

Теорема

Формула Тейлора

Примеры решения задач

Примеры решения задач

Вычислить с точностью 0,001: а) cos ; б) .

Квадратичные формы и их применение

Теория

Примеры

Привести квадратичную форму к каноническому виду методом Лагранжа

Найти ортогональное преобразование, приводящее квадратичную форму к каноническому виду

Построить в прямоугольной системе координат фигуру

Уравнения с разделяющимися переменными.

Эти уравнения самые простые. При решении какого-либо уравнения его стараются свести к уравнению с разделяющимися переменными.

А. Уравнение с разделенными переменными

Уравнением с разделенными переменными называется уравнение вида:

 (1)

Переменные разделены, каждая из них находится только в той части равенства, где ее дифференциал.  и  – заданные функции.

Теорема. Общим интегралом уравнения (1) служит соотношение . (2)

Пример. Найти общий интеграл уравнения .

Решение.  или  – общий интеграл.

Теорема. Частным решением уравнения (1), удовлетворяющим начальному условию   будет функция, определенная из равенства . (4)

Пример. Найти решение уравнения , удовлетворяющего условию

Решение. .

 

 

В. Уравнения с разделяющимися переменными

Уравнением с разделяющимися переменными называется уравнение вида:  (5)

В этом уравнении легко разделить переменные. Для этого поделим уравнение на произведение . Тогда получим: . (6)

Это уравнение с разделенными переменными. При переходе от уравнения (5) к уравнению (6) мы могли потерять некоторые решения, которые обращают в нуль произведение , именно  или . (7)

Уравнение (7) есть конечное (без производных) уравнение относительно . Его решением служат ,, … и т.д. Заметим, что константы  служат решениями уравнения (5), т.к.  и .

Общим интегралом (5) будет . (8)

Если решения  получаются из (8) при подходящем выборе С, то такие решения суть частные, если же подобрать нужное С невозможно, то они особые решения.

Следовательно, если у уравнения (5) есть особые решения, то соответствующие им графики, т.е. интегральные кривые – это прямые параллельные оси ОХ.

Частным решением уравнения (5), удовлетворяющим начальному условию   будет функция , определенная уравнением:

.  (9)

Пример. Для уравнения  найти общий интеграл и частное решение, удовлетворяющее условию .

Решение.

а) Общий интеграл. Делим на .

Отсюда   или  – общий интеграл.

б) Частное решение.

Частное решение: .

с) Особое решение.


Возможна потеря решений . Оба эти решения особые.

 

 

 

Однородные уравнения.

Определение. Уравнение (1) называется однородным, если  может быть представлена как функция отношения своих аргументов, т.е. . (2)

Таким образом, однородное уравнение имеет вид:  (3)

Теорема. Однородное уравнение (3) имеет общий интеграл:  . (4)

Замечание 1. В доказательстве теоремы мы предполагаем, что . Рассмотрим тот случай, когда . Здесь имеются две возможности.

а)  Тогда   и уравнение (3) принимает вид: .

Это уравнение с разделяющимися переменными  и здесь никаких преобразований делать не нужно.

б) уравнение  удовлетворяется лишь при определенных значениях . В этом случае могут быть потеряны решения . Интегральные кривые суть прямые, проходящие через начало.

 

 

 

Пример. Решить уравнение .

Решение. Уравнение однородное. Полагаем .

Если , то . Отсюда .

  – общий интеграл.

Может быть потеряно решение  или .

Действительно,  есть решение рассматриваемого уравнения и оно не может быть получено из общего интеграла ни при каком значении С, следовательно  есть особое решение.

Замечание 2. Формулу (4) запоминать не следует. Надо уметь ее выводить в каждом конкретном случае, как это сделано в примере.

Замечание 3. Для интегрирования уравнения более общего вида, чем (3) .  (6)

(обобщенное однородное) сначала делают замену неизвестной функции и независимой переменной по формулам ; выбирая  и  такими, чтобы исчезли свободные члены в числителе и знаменателе аргумента  в (6), тогда (6) приводится к однородному уравнению.

 

 

 

Линейные уравнения

Определение. Линейным дифференциальным уравнением I порядка называется дифференциальное уравнение вида:  (1),

где   – неизвестная функция аргумента.

Уравнение (1) линейно относительно  и .

Если , то уравнение (1) примет вид:  (2), и называется линейным однородным. При этом уравнение (1) называется линейным неоднородным.

Уравнение (2) называется линейным однородным, соответствующим линейному неоднородному уравнению (1).

А. Интегрирование линейного однородного уравнения

Рассмотрим линейное однородное уравнение (2)

Это уравнение с разделяющимися переменными. Пусть , тогда . (3)

Отсюда общий интеграл  или

   заменяем на  

Но   есть любое число, кроме нуля. Положим .

   – произвольная постоянная (4). Это общее решение не содержит функции , которая является решением уравнения (2). Для того чтобы общее решение содержало бы все решения, его надо записать в виде:  (5),

где С – произвольная постоянная, принимающая любые значения.

Пример. Написать общее решение уравнения .

Решение. Имеем . Поэтому  (произвольную постоянную можно считать = 0). И  – общее решение.

 

 

Интегрирование линейного неоднородного уравнения

Рассмотрим линейное неоднородное уравнение  (1)

Для его интегрирования применим метод вариации произвольной постоянной. Положим   (6)

Здесь решение ищется в такой же форме, как для однородного уравнения, но вместо произвольной постоянной стоит функция – новая неизвестная функция. Для ее определения подставляем y, определенное по (6), в (1).

  или .

Отсюда 

Следовательно, . (7)

Это и есть общее решение уравнения (1). Оно содержит все решения. Особых решений нет.

Рассмотрим вопрос об отношении частного решения уравнения (1), удовлетворяющего начальному условию . (8)

Теорема. Решением задачи Коши  служит функция:

.  (9)

Замечания:

Формулу (9) можно записать короче, если  ввести под интеграл:

  (10)

Если в формуле (10)  считать произвольной постоянной (при этом значение   безразлично какое), то формула (10) определит общее решение уравнения (1).

Запоминать формулу (10) не следует. Надо помнить способ получения формулы (7).

 

 

Примеры:

Найти общее решение уравнения

Решение. Здесь . Вычислим  (С можно положить = 0).

Положим . Так как , то .

Подставляем в уравнение .

Отсюда .

Следовательно, общее решение будет

 

 

 

 

Найти решение уравнения , удовлетворяющее условию .

Решение.

Здесь .

Общее решение .

Найдем   из начального условия: .

Частным решением, удовлетворяющим условию , будет .

Теорема. (о структуре решения линейного неоднородного уравнения)

Общее решение линейного неоднородного уравнения состоит из суммы: какого-либо частного решения неоднородного уравнения и общего решения соответствующего ему однородного уравнения.

 

 

 

Уравнение Бернулли

Уравнением Бернулли называется уравнение вида

,  (1)

где n – любое число, не обязательно целое.

При   уравнение Бернулли превращается в линейное неоднородное уравнение. При оно превращается в линейное однородное уравнение.

Таким образом, уравнение Бернулли служит некоторым обобщением линейных уравнений, в общем случае оно является нелинейным дифференциальным уравнением (при  и ).

Однако во всех случаях его решение тесно связано с решением линейного уравнения.

Теорема. Пусть  и . Тогда уравнение Бернулли (1) подстановкою  сводится к решению линейного уравнения (для функции z).

Замечание. Уравнение Бернулли (1) может быть решено другим способом. Введем вместо неизвестной функции  две неизвестные функции  и , такие, что . (7)

Подставляя это в уравнение (1), получим:

 (8)

Из этого одного уравнения определить две функции u и v нельзя.

Для того, чтобы определить конкретные функции  и , необходимо задать еще одну зависимость между  и , причем вообще говоря, произвольную.

Но проще всего положить . (9)

Тогда уравнение (8) примет вид:  или, считая  (или, что то же, ) . (10)

Так как   есть решение однородного линейного уравнения (9), то его можно считать его известным: . (11)

Здесь, при интегрировании уравнения (8), мы положили произвольную постоянную . Это можно делать, так как за функцию  мы можем взять любое решение уравнения (9).

Итак,  известно. Отсюда следует, что уравнение (10) для определения  будет с разделяющимися переменными (считаем ). (12)

Отсюда получаем или  (13)

Формулы (11) и (13) позволяют построить решение уравнения Бернулли

.

Такой способ решения годится и для и . В этом случае только формула (13) будет иметь другой вид, именно: , где С – произвольная постоянная.

 

 

 

Пример.  или .

Это уравнение Бернулли. Здесь .

Преобразуем уравнение, разделив его на .

Положим , тогда .

Следовательно,  или .

Отсюда .

  и  – особое решение.

 

Высшая математика Лекции, конспекты, курсовые, примеры решения задач