Samarqand davlat arxitektura qurilish instituti «oliy matematika va fizika»
Download 261.69 Kb. Pdf ko'rish
|
yuqori tartibli differensial tenglamalar. tartibini pasaytirish mumkin bolgan bazi bir ikkinchi tartibli differensial tenglamalar (1)
- Bu sahifa navigatsiya:
- Tekshirdi: Zikiryayev Sh.
- TARTIBLI DIFFERENSIAL TENGLAMALAR Mavzu rejasi
- 1.Yuqori tartibli differensial tenglamalar.Umumiy tushunchalar va ta’riflar 1-Ta’rif
- Foydalanilgan adabiyotlar
O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA O’RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI
SAMARQAND DAVLAT ARXITEKTURA – QURILISH INSTITUTI
«OLIY MATEMATIKA VA FIZIKA » kafedrasi Mavzu: « Yuqori tartibli differensial tenglamalar. Tartibini pasaytirish mumkin bo’lgan ba’zi bir ikkinchi tartibli differensial tenglamalar » Bajardi: Axatov G’. Tekshirdi: Zikiryayev Sh.
MAVZU:YUQORI TARTIBLI DIFFERENSIAL TENGLAMALAR. TARTIBINI PASAYTIRISH MUMKIN BO’LGAN BA’ZI BIR IKKINCHI TARTIBLI DIFFERENSIAL TENGLAMALAR
1. Yuqori tartibli differensial tenglamalar.Umumiy tushunchalar va ta’riflar. 2. Tartibini pasaytirish mumkin bo’lgan ba’zi bir yuqori tartibli differensial tenglamalar. 3. Differensial tenglamada y oshkor ishtirok etmagan yuqori tartibli tenglamalar. 4.
oshkor ishtirok etmagan yuqori tartibli differensial tenglamalar. 5. Bir jinsli chiziqli tenglamalar. Asosiy tushunchalar va xossalar.
1-Ta’rif: Erkli o’zgaruvchi x , noma’lum funksiya ) (x y y va uning hosilalari qatnashgan quyidagi ko’rinishdagi 0 ) ..., , , , , ( ) (
y y y y x F (1) yoki )
, , , , ( ) 1 ( ) (
n y y y y x f y tenglamaga n -tartibli oddiy differensial tenglama deyiladi. Bu yerda asosiy masala (1) tenglamaning yechimini topishdir. Buning uchun (1) tenglamani yechimi mavjudligi va yagonaligi haqidagi teoremani keltiramiz va uni isboti ustida to’xtalmaymiz.
) ..., , , , ( ) 1 ( ) ( n n y y y x f y tenglamada ) ...,
, , , ( ) 1 (
y y y x f funksiya va uning )
( ...,
, , n y y y argumentlari bo’yicha olingan xususiy , ,
0 y y x x ...,
, 0
y
) 1 ( 0 ) 1 ( n n y y hosilalari qiymatlarini o’z ichiga biror sohadagi uzluksiz funksiyalaridan iborat bo’lsa, bu holda tenglamaning ) 1 ( 0 ) 1 ( 0 0 0 0 0 ...,
, ,
x x n x x x x y y y y y y (2) shartlarni qanoatlantiruvchi ) (x y y yechimi mavjud va yagonadir. Teoremadagi (2) shartlar boshlang’ich shartlar deyiladi.
) ...,
, , , ( 2 1 n C C C x y
funksiya n -tartibli differensial tenglama (1) ning umumiy yechimi deyiladi. Bu yerda n C C C ...,
, , 2 1 lar ixtiyoriy o’zgarmas sonlar bo’lib, ularning har qanday qiymatlarida tenglamani qanoatlantiradi. Agar (2) boshlang’ich shartlar bo’lsa, u holda
...,
, , 2 1 larni shunday tanlash mumkinki, yechim (2) shartni qanoatlantiruvchi xususiy yechimga ega bo’ladi. Shuningdek (1) tenglamani ayniyatga aylantiruvchi 0 ) ..., , , , ( 1 n C C y x Ф
funksiya umumiy integral deyiladi va boshlang’ich shartlarni qanoatlantiruvchi yechim xususiy integral deyiladi. 2.Tartibini pasaytirish mumkin bo’lgan ba’zi bir yuqori tartibli differensial tenglamalar
Yuqori tirtibli differensial tenglamaning eng sodda ko’rinishi ) ( ) (
f y n (3) shaklda bo’ladi. Bu tenglama umumiy yechimini topish uchun uni 0
va
oralig’ida integrallaymiz, u holda ) 1 ( ) ( n x y y ekanligidan
x n C dx x f y 0 1 ) 1 ( ) ( (4) ifodaga ega bo’lamiz, bunda 1
integrallash o’zgarmasi. (4) ni bir marta integrallab 2 0 1 ) 1 ( 0 0 ) ( C x x C dx dx x f y x x x x n
integrallashni shunday davom ettirib, nihoyat ( n -marta integrallashdan keyin) umumiy integralining
n n n x x x x C n x x C n x x C dx dx x f y ...
! 2 ) ( ! 1 ) ( ... ) ( ... 2 0 2 1 0 1 0 0 (5) ifodani hosil qilamiz. Oxirgi (5) ifoda (3) tenglamani umumiy yechimi bo’ladi. Agar (2) boshlang’ich shartlar berilgan bo’lsa, ularga mos n C C C ...,
, , 2 1 larni aniqlab differensial tenglamani xususiy yechimini topamiz.
x y 2 tenglamani 3 , 1 , 1 1 1 1 0 0 0 x x x y y y ni qanoatlantiruvchi xususiy yechimi topilsin.
1 1 1 1 ln 2 ln 2 2 0
x C x C dx x y x x x , x x C x C xdx C dx C x y 1 1 2 1 2 1 1 ln 2 ln 2 2 1 1 1 1 ln 2 , , ln C x C dx x x x v x dx du dx dv x u x x 2 1 1 1 ln 2 C x C x x x .
C x C x C dx x x x y 1 3 2 2 1 2 1 1 ln 2 x C x C x C x x xdx x 1 3 2 2 1 2 1 2 1 2 ln 2
x x xdx x x x v x dx du xdx dv x u 1 1 2 2 2 1 ln 2 2 2 , , ln 3 2 1 2 1 2 1 2 C x C x C x x
3 2 2 1 2 2 1 2 1 2 3 ln C x C x C x x x x . Endi boshlang’ich shartlardan foydalanamiz 3 ; ln 2 0 1 x y C x y
dan 3 , ln 2 3 1 1 C C x . 1 ; 1 1 ln 2 0 2 1 x y C x C x x x y dan
2 1 1 1 1 1 1 ln 1 2 1 C C , bundan
1 2 C . , 1 2 1 2 3 ln 3 2 1 2 2 C x x C x x x x y 1 1 0 x y dan
2 3 3 C . Demak xususiy yechim 2 3 1 1 2 3 2 3 ln 2 2 2 x x x x x x y 2 ln 2 x x x .
3.Differensial tenglamada y oshkor ishtirok etmagan yuqori tartibli tenglamalar
Agar differensial tenglamada y oshkor ishtirok etmasin , ya’ni
) ,
y x f y (6) bo’lsin. Uni yechish uchun ) (x p y belgilash kiritamiz, u holda (6) tenglamani ) , ( p x f p shaklda yozamiz. Bu esa p parametrga nisbatan birinchi tartibli tenglama
bo’ladi. Demak, ) , ( p x f dx dp tenglamani integralini hisoblab ) , ( C x p p yechimni topamiz.
ekanligini hisobga olib, 2 1 ) , (
dx C x p y umumiy yechimni topamiz. 2-misol: x e x y y x 2 differensial tenglamaning 0 ,
0 0
x y y shartlarni qanoatlantiruvchi xususiy yechimi topilsin.
, bo’lsa, u holda x xe p x p 1 chiziqli tenglamani hosil qilamiz, uni ,
p
v u v u p
x xe uv x v u v u 1
xe v x v u v u 1 shaklda keltirib,
0 1 v x v
0 x dx v dv
y C Cx y C x v 1 , , ln ln ln ,
x xe x u x e u 1
e u x , 2 2 1
x C dx xe y x umumiy yechimni topamiz. Boshlang’ich shartlarga asosan 0 0 0 1
, 0
C ;
2 0 1 0 1 C e , 0 2 C
ekanligidan xususiy yechim x e x y ) 1 ( ko’rinishda bo’ladi. 4. x oshkor ishtirok etmagan yuqori tartibli differensial tenglamalar
Ushbu ko’rinishdagi ) , ( y x f y (7) differensial tenglamada x argument oshklo bo’lmagan hol. Bu tenglamani yechimini topish uchun avvalgidek ) ( y p y almashtirib olamiz, lekin p ni
x ning emas y ni funksiyasi deb qaraymiz, u holda dy dp p dx dy dy dp dx dp y bo’lganligidek tenglama quyidagi ko’rinishda bo’ladi. ) , ( p y f dy dp p va uni integrallab ) , ( C y p p ni topamiz. Bundan ) ,
1 C y p dx dy yoki dx C y p dy ) , ( 1 ekanligi kelib chiqadi. Uni yana bir marta integrallab (7) tenglamani umumiy integrali 0 )
, , ( 2 1 C C y x Ô ni topamiz. 3-misol:
0 3 2 y y y y tenglamani 1 ,
0 0 x x y y shartlarni qanoatlantiruvchi xususiy yechimini toping.
, dan 0 3 2
p dy dp yp
0 2
p dy dp y p
, , 0 , C y y o p 2 2 0 p p dy dp y p p dy dp y
dy p p dp 2
dy p dp p dp 1 1 ln ln ln 1 ln
y p p
C p p 1 1 1 1 1 y C p
dy y C 1 1 2 1 ln C x y C y umumiy integrali bo’ladi. Boshlang’ich shartlarga asosan yozamiz , 1 0 1 ln 1 2 2 1 C C C
1 1 1 1 C 0 1 C . Demak xususiy yechim 1
y bo’ladi. 5.Bir jinsli chiziqli tenglamalar. Asosiy tushunchalar va xossalar 1-ta’rif: Noma’lum y funksiya va uning ) (
, ,
y y y hosilalariga nisbatan birinchi darajali bo’lgan
) ( ... ) 1 ( 1 ) ( 0
f y a y a y a n n n (8) differensial tenglamaga n -tartibli chiziqli tenglama deyiladi. Bu yerda ) (
..., , , 1 0
f a a a n lar
x ning funksiyasi yoki o’zgarmas sonlardir. ) ( x f
funksiya (8) tenglamaning o’ng tomoni deyiladi. Agar 0 ) ( x f bo’lsa, (8) tenglamani bir jinsli bo’lmagan, agar 0 ) (
f bo’lsa,
0 ... ) 1 ( 1 ) ( 0 y a y a y a n n n (9) tenglamaga bir jinsli chiziqli differensial tenglama deyiladi. Bu yerda 0 0 a , shuning uchun hamma vaqt 0 0 a , deb olish mumkin, umumiy qonuniyatga zid bo’lmagan holda. Avval, bir jinsli chiziqli differensial tenglamani ba’zi xossalarini ko’rib chiqamiz. Soddalik uchun bu xossalarni ikkinchi tartibli bir jinsli chiziqli tenglama uchun keltiramiz.
1
va 2
lar 2-tartibli bir jinsli chiziqli
0 2
a y a y (10) tenglamaning ikkita xususiy yechimi bo’lsa, u holda 2 1 y y ham tenglamaning yechimi bo’ladi. Haqiqatan, 1
va 2
dar (10)ni yechimi, ya’ni 0 1 2 1 1 1 y a y a y ,
0 2 2 2 1 2
a y a y
bo’lganidan ) ( ) ( ) ( 2 1 2 2 1 1 2 1 y y a y y a y y
0 ) ( ) ( 2 2 2 1 2 1 2 1 1 1 y a y a y y a y a y
ekanligi kelib chiqadi. 2-xossa: Agar 1
(10) tenglamaning yechimi bo’lsa, u holda 1
y ham shu tenglamani yechimi bo’ladi. Bu yerda
. Haqiqatan ham, xuddi yuqoridagi kabi yozamiz: 0 0 ) ( ) ( ) ( ) ( 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1 C y a y a y C Cy a Cy a Cy bo’lsa. 2-ta’rif: Agar 1
va 2
yechimlar biror b a, kesmada bo’lsa, u holda yechimlar o’zaro chiziqli bog’liq deyiladi, aks holda , ya’ni 2 1 y y bo’lsa, o’zaro chiziqli bog’liq bo’lmagan yechimlar deyiladi. Bu yerda const
. Masalan, 0 y y tenglamaning yechimlari x e y 1 , x e y 2 ,
e y 3 3 bo’lsin. Bu yerda 1
, 2
lar chiziqli bog’liq emas, 1
, 3
chiziqli bog’liq yechimlardir. 3-ta’rif: Agar ) ( ), ( 2 1 x y x y va ularning hosilalari ) (
( 2 1 x y x y lar berilgan bo’lsa, u holda 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 ) , (
y y y y y y y y y W determinant- Voronskiy determinanti , deyiladi. 3-xossa: Agar biror b a, kesmada
1 y , 2 y chiziqli bog’liq bo’lsa, u holda Voronskiy determinanti shu kesmada aynan nolga teng bo’ladi. Haqiqatan ham, 1 2 y y bo’lgani uchun 1 2 y y va determinantning xossasiga asosan 0 )
( 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 y y y y y y y y y y W
bo’ladi. 4-xossa: Agar b a, kesmada berilgan 1
, 2 y lar (10) tenglamaning yechimlari bo’lsa, kesmaning biror nuqtasida Voronskiy determinanti nolga teng bo’lmasa, u holda determinant hyech bir nuqtasida nolga aylanmaydi. Isbot: 1
, 2
lar (10) tenglamani yechimlari bo’lgani uchun 0 0 2 2 2 1 2 1 2 1 1 1
a y a y y a y a y
bo’ladi. Birinchi tenglikni 1
ga, ikkinchisini 2 y ga
ko’paytirib, ayirsak
0 ) ( ) ( 2 1 2 1 1 2 1 2 1 y y y y a y y y y . Bundan 0 1
a W
(11) ko’rinishda yozib,
2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 ) ( ) , ( y y y y y y y y y y W x bo’ladi va 0 0
W x x boshlang’ich shart asosida (11) tenglamani yechimini topamiz. dx a W dW 1 integrallab
x x C dx a W 0 ln ln 1 yoki x x dx a Ce W 0 1 (12)ni topamiz. (12) formula Liuvill formulasi deyiladi. Boshlang’ich
shartga asosan C e C W x x dx a 0 1 1 0 ekanligidan, 0
esa 0
x nuqtada nolga teng emas, bundan x x dx a e W W 0 1 0 ham nolga teng emasligi kelib chiqadi. Shunday qilib, agar (10) tenglamaning yechimlari kesmada chiziqli bog’liq bo’lmasa, bu yechimlardan tuzilgan Voronskiy determinanti kesmaning hyech bir nuqtasida nolga aylanmaydi. 5-xossa: Agar 1
, 2
lar (10) tenglamaning chiziqli bog’liq yechimlari bo’lsa, u holda
2 2
1 y C y C y (13) (10) tenglamaning umumiy yechimi bo’ladi. Isbot: Yuqoridagi 1-2 xossalarga asosan 2 2 1 1
C y C tenglamaning yechimi ekanligi kelib chiqadi. 0 0 0 0 , y y y y x x x x boshlang’ich shartlar berilgan bo’lsa, uni (13) ga qo’yib,
20 2 10 1 0 20 2 10 1 0
C y C y y C y C y (14) sistemani hosil qilamiz. Bu yerda 20 2 10 1 0 0 ,
y y y x x x x , 20 2 10 1 0 0 , y y y y x x x x (14) sistemasining asosiy determinanti Voronskiy determinanti bo’lib, u nolga teng emas 20 10
10 20 10 20 10
y y y y y y y W , chunki, 1 y , 2 y lar chiziqli bog’liq bo’lmagan yechimlar. Bu sistemadan berilgan boshlang’ich shartlarda 2 1 , C C larni aniqlash mumkin bo’ladi, natijada tenglamaning xususiy yechimini topamiz. (13) yechim esa tenglamaning umumiy yechimini, ya’ni yechimlar oilasini tashkil qiladi. Yuqorida keltirilgan xossalar ikkinchi tartibli chiziqli tenglamalar uchun keltirildi. Tenglamalar tartibi
-darajali bo’lganda ham yuqoridagi xossalar o’z kuchini saqlaydi.
Foydalanilgan adabiyotlar 1. Пискунов Н.С. Дифференциал ва интеграл ҳисоб. 1-қисм. –Тошкент: Ўқитувчи, 1985. 2. Пискунов Н.С. Дифференциал ва интеграл ҳисоб. 2-қисм. –Тошкент: Ўқитувчи, 1986.
3. Соатов Ё.У. Олий математика. 1-жилд. – T.: Ўқитувчи, 1994. 4. Соатов Ё.У. Олий математика. 2-жилд. – T.: Ўқитувчи, 1995. 5. Соатов Ё.У. Олий математика. 3 -жилд. – T.: Ўқитувчи, 1996. 6. Соатов Ё.У. Олий математика. 4 -жилд. – T.: Ўқитувчи, 1998 7. Соатов Ё.У. Олий математика. 5 -жилд. – T.: Ўқитувчи, 2000. 8. Danko P.E., Popov A.G., Kojevnikova T.E. Oliy matematika mashqlar va masasalarda. 1-qism.– Toshkent, “O’qituvchi”, 2009 y. 9. Danko P.E., Popov A.G., Kojevnikova T.E. Oliy matematika mashqlar va masasalarda. 2-qism.– Toshkent, “O’qituvchi”, 2009 y. 10. Минорский В.П. Олий математикадан масалалар тўплами. – T.: Ўқитувчи, 1982. Download 261.69 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling