Operasion hisob yordamida differensial tenglamalar va tenglamalar sistemasini echish. Tebranishlar differensial tenglamalarni yechish

2 - Teorema. Bir jinslimas (1) differensial tenglamaning umumiy yechimi ushbu tenglama biror y₀(x) xususiy yechimi va mos bir jinsli (2) tenglama umumiy yechimlari yig`indisiga teng.
(1) tenglama biror-bir xususiy yechimini ixtiyoriy o`zgarmasni variantsiyalash usulida qurish mumkin.
Agar (1) tenglamaning o`ng tomoni f(x) = P(x)·e<sup>αx</sup> ko`rinishda bo`lsa, bu yerda, P(x) - ko`phad, u holda tenglamaning xususiy yechi-mini qu-rishning oddiy usuli mavjud.
I hol: Agar α xarakteristik tenglamaning ildizlaridan biri bo`lmasa, xususiy yechim у = Q(x)·e<sup>αx</sup> ko`rinishda qidiriladi. Bu yerda: Q(x) - darajasi P(x) ning darajasiga teng aniqmas koeffitsiyentli ko`phad. у = Q(x)·e<sup>αx</sup> ifoda (1) tenglamaga qo`yiladi, e^αx ga qisqartirilgandan so`ng, ko`phadlar tengligidan, Q(x) ko`phadning aniqmas koeffitsiyentlari aniqlanadi.
Misol. y" - 6y′ + 8y = (3x - l)·e<sup>x</sup> tenglamaning xususiy yechimini toping.
Ushbu holda a = 1, xarakteristik tenglama ildizlari esa 2 va 4 ga teng. Masala yechimini у = (ax + b)·e<sup>x</sup> ko`rinishda qidiramiz. Funksiya hosilalarini aniqlaymiz:
y′ = a·e^x + (ax + b)·e^x = (ax + a + b)·e^x
y" = a·e^x + (ax + a + b)·e^x = (ax + 2a + b)·e^x
у, у′, у" ifodalarni tenglamaga qo`yiladi va e<sup>x</sup> ga qisqartirilgandan so`ng:
(ax + 2a + b) - 6 (ax + a + b) + 8 (ax + b) = x - 1 yoki
3ax - 4a + 3b = 3x - l.
Mos koeffitsiyentlarni tenglab, a = 1, b = -1 natijani olamiz. Izlana-yotgan xususiy yechim:
y = (х - 1)·е^х;
II hol: Agar α xarakteristik tenglamalardan biriga teng bo`lib, ikkinchisidan, farq qilsa, xususiy yechim у = x·Q(x)·e<sup>αx</sup> ko`rinishida izlanadi.
III hol: Agarda a xarakteristik tenglama ikki karrali ildizlariga teng bo`lsa, u holda xususiy yechim у = x<sup>2</sup>·Q(x)·e<sup>αx</sup> ko`rinishida qidiriladi.


2. Differensial tenglamalar sistemalari haqida umumiy ma`lumotlar

Agar bir noma`lum funksiyani emas, balki bir yo`la bir nechta noma`lum funksiyani topish masalasi qo`yilgan bo`lsa, umuman olganda, masala chekli shartlari - tenglamalari ham bir nechta bo`lishi zarur bo`ladi. Agarda masala tenglamalari differensial tenglamalardan iborat bo`lsa, u holda differensial tenglamalar sistemasi haqida gapirish mumkin.

Sistema har bir tenglamasida hosila tartibi 1 dan oshmasa, sistema bi-rinchi tartibli differensial tenglamalar sistemasi deb yuritiladi. Ikki noma`lum funksiyali ikki birinchi tartibli differensial tenglamalar sistemasi, odatda,


φ(х, у_1, y₂, dy₁/dx; dy₂/dx) = 0
φ(x, у₁, у₂, dy₁/dx; dy₂/dx) = 0 (4)

ko`rinishda yoziladi.

Bir tenglama uchun Koshi masalasining qo`yilishi tabiiy ravishda differensial tenglamalar sistemasi uchun umumlashtiriladi. Masalan, (4) sistema uchun Koshi masalasi boshlang`ich y₁(x₀) = y₁⁰, y₂(x₀) = y₂⁰ shartlarni qanoatlantiravchi y₁(x), y₂(x) yechimlarni topishni anglatadi.
Har qanday yuqori tartibli differensial tenglamani yoki tenglamalar sistemasini birinchi tartibli differensial tenglamalar sistemasiga keltirish mumkin.
Masalan, y" = f(x, у, у′) tenglamani

y ′ = u

u′ = f(x, y, u) sistema bilan almashtirish mumkin.