Phương trình vi phân tuyến tính cấp 1

Một phần của tài liệu Bài giảng môn toán cao cấp A2 ppt (Trang 80 - 82)

5 Phương trình vi phân

5.2 Phương trình vi phân tuyến tính cấp 1

5.2.1 Định nghĩa.

Phương trình vi phân tuyến tính cấp một là phương trình vi phân có dạng

y0 +p(x)y=q(x) hay dy

dx +p(x)y =q(x)

trong đó p(x), q(x) là các hàm số liên tục.

Đặc biệt nếuq(x) = 0phương trình được gọi làphương trình vi phân tuyến tính thuần nhất, nếuq(x)6= 0 khi đó phương trình được gọi làphương trình vi phân tuyến tính khơng thuần nhất.

5.2.2 Cách giải.

Giải phương trình vi phân tuyến tính thuần nhất Với q(x) = 0, ta có phương trình y0 +p(x)y= 0 hay

dy

dx +p(x)y= 0 (5.1) y 6= 0 chia cả hai vế của phương trình cho y ta có dy

y =−p(x)dx. Lấy tích phân hai

vế ta được

ln|y|=−

Z

p(x)dx+ ln|C|

với C là hằng số tùy ý.

Do đóy=C.e−Rp(x)dx là nghiệm tổng quát của phương trình 5.1.

Mặt khác y= 0 cũng là nghiệm riêng của phương trình 5.1 ứng với C = 0.

Giải phương trình vi phân tuyến tính khơng thuần nhất(Phương pháp biến thiên hằng số)

Với q(x)6= 0, ta có phương trình y0 +p(x)y=q(x)hay

dy

Bộ mơn Khoa học Cơ Bản Bài giảng TOÁN CAO CẤP 2

+ Giải phương trình vi phân tuyến tính thuần nhất 5.1, có nghiệm tổng quát là

y=C.e−Rp(x)dx.

+ Coi C là hàm số của x;C =C(x), ta có

y0 =C0(x).e−Rp(x)dx+C(x).(−p(x)).e−Rp(x)dx

Thay vào phương trình 5.2 ta được

C0(x).e−Rp(x)dx−C(x).p(x).e−Rp(x)dx+C(x).p(x).e−Rp(x)dx =q(x)hay C0(x) = q(x).eRp(x)dx

do đó

C =

Z

q(x).eRp(x)dxdx+K

trong đó K là một hằng số tùy ý. Vậy nghiệm tổng quát của phương trình 5.2 là

y=e− R p(x)dx Z q(x).e R p(x)dx dx+K.e− R p(x)dx

Ví dụ 1. Tìm nghiệm riêng của phương trình (x2 + 1)y0 +xy= 1 thỏa mãn điều kiện

y|x=0 = 2.

Giải:+ Giải phương trình thuần nhất

(x2+ 1)y0 +xy= 0 hay (x2+ 1)dy

dx =−xy hay dy

y =− x

x2+ 1dx

Lấy tích phân hai vế ta được

ln|y|=−1

2ln x

2+ 1+ ln|C|

Vậy nghiệm tổng quát của phương trình thuần nhất là y= √ C

x2+ 1. + Coi C là hàm số của x ta có y0 = C 0(x2+ 1)−Cx (x2+ 1)√ x2+ 1

thay y và y0 vào phương trình ban đầu ta được

C0(x2+ 1)−Cx √ x2+ 1 + Cx √ x2+ 1 = 1 hay C 0 = √ 1 x2+ 1 hay C = ln x+√ x2+ 1 +K

trong đó K là hằng số tùy ý. Do đó nghiệm tổng qt của phương trình là

y= ln x+√ x2+ 1+K √ x2+ 1

Mặt khác ta có y|x=0 = 2 ⇒ K = 2. Vậy nghiệm riêng của phương trình thỏa mãn

điều kiện y|x=0 = 2 là y= ln x+√ x2+ 1+ 2 √ x2+ 1

Một phần của tài liệu Bài giảng môn toán cao cấp A2 ppt (Trang 80 - 82)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(91 trang)