Файл: Операционный метод интегрирования линейных дифференциальных уравнений и линейных систем дифференциальных уравнений.docx

ВУЗ: Не указан

Категория: Курсовая работа

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.12.2023

Просмотров: 316

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Интегрирование оригинала сводится к делению изображения на p, то есть: На основе рассмотренных теорем можно составить таблицу преобразования Лапласа. В таблице (рисунок 1) приведены наиболее часто встречающиеся преобразования. Здесь различные постоянные.

Оригинал

Изображение

Оригинал

Изображение

1



























































































(t)













Рисунок 1-таблица преобразований Лапласа.1.3.Решение линейных систем обыкновенных дифференциальных уравненийДифференциальное уравнение - уравнение, связывающее значение некоторой неизвестной функции в некоторой точке и значение её производных различных порядков в той же точке. Дифференциальное уравнение содержит в своей записи неизвестную функцию, её производные и независимые переменные; однако не любое уравнение, содержащее производные неизвестной функции, является дифференциальным уравнением.Порядок дифференциального уравнения - наибольший порядок производных, входящих в него.Процесс решения дифференциального уравнения называется интегрированием.Все дифференциальные уравнения можно разделить на линейные и не линейные.Нелинейное дифференциальное уравнение - дифференциальное уравнение (обыкновенное или с частными производными), в которое по крайней мере одна из производных неизвестной функции (включая и производную нулевого порядка - саму неизвестную функцию) входит нелинейно.Иногда под Н.Д.У. понимается наиболее общее уравнение определенного вида. Напр., нелинейнымобыкновенным дифференциальным уравнением 1-го порядка наз. уравнение с произвольной функцией при этом линейное обыкновенное дифференциальное уравнение 1-го порядка соответствует частному случаюН. д. у. с частными производными 1-го порядка для неизвестной функции z от независимых переменных имеет вид:где F- произвольная функция своих аргументов;Решение дифференциальных уравнений - основное приложение операционного метода, основанного на преобразовании Лапласа.Операционный метод включает следующие этапы:

  1. преобразование дифференциального уравнения с заданными начальными условиями по Лапласу; при этом образуется комплексное алгебраическое уравнение относительно изображения неизвестной функции;

  2. решение комплексного алгебраического уравнения;

  3. отыскание оригинала, искомого частного решения дифференциального уравнения, удовлетворяющего заданным начальным условиям.

Операционный метод решения системы линейных дифференциальных уравнений включает следующие этапы:

  1. преобразование системы дифференциальных уравнений по Лапласу; при этом образуется система линейных алгебраических уравнений относительно изображений искомых функций;

  2. решение системы алгебраических уравнений, например, методом Крамера;

  3. отыскание оригиналов методами обратного преобразования Лапласа.
Способ операционного исчисления применим к системе ДУ, когда задание сформулировано следующим образом:Найти частное решение однородной системы дифференциальных уравнений , соответствующее начальным условиям  .Как вариант, система может быть и неоднородной  – с «довесками» в виде функций    и   в правых частях:Но, и в том, и в другом случае нужно обратить внимание на два принципиальных момента условия:

  1. Речь идёт только о частном решении.

  2. В скобочках начальных условий   находятся строго нули, и ничто другое.
Общий ход и алгоритм будет очень похож на решение дифференциального уравнения операционным методом. Из справочных материалов потребуется в решении линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений таблица преобразований Лапласа.Глава 2. Эмпирические аспекты курсовой работы2.1. Пример №1 решения линейных систем обыкновенных дифференциальных уравненийС помощью операционного исчисления найти частное решение системы дифференциальных уравнений,  соответствующее  заданным начальным условиям. .Решение: Начало такое: с помощью таблицы преобразования Лапласа перейдем от оригиналов к соответствующим изображениям. В задаче с системами ДУ  данный переход обычно прост:Используя табличные формулы,  учитывая начальное условие  , получаем:
С переменную y проделываем тот же самый путь, меняя в таблице «x» на «y». Используя те же преобразования, учитывая начальное условие  , находим:Подставим найденные изображения в исходное уравнение:  :Теперь в левых частях уравнений нужно собрать все слагаемые, в которых присутствует   или  . В правые частиуравнений необходимо перенести  все остальные слагаемые:Далее в левой части каждого уравнения проводим вынесение за скобки: При этом на первых позициях следует разместить  ,  а на вторых позициях  :Полученную систему уравнений с двумя неизвестными  обычно решают по формулам Крамера. Вычислим главный определитель системы:В результате расчёта определителя получен многочлен  .Далее идет важный технический прием.  Данный многочлен лучше сразу же попытаться разложить на множители. В этих целях следовало бы попробовать решить квадратное уравнение , но сразу можно заметить, что  .Таким образом, наш главный определитель системы: , значит система имеет единственное решение.Дальнейшее решение проведем по методу Крамера:
В итоге получаем операторное решение системы:Преимуществом рассматриваемого задания является та особенность, что дроби обычно получаются несложными, и разбираться с ними значительно проще, нежели с дробями в задачах нахождения частного решения ДУ операционным методом. Далее решаем методом неопределенных коэффициентов, с помощью которого раскладываем каждую дробь на элементарные дроби:

  1. Разбираемся с первой дробью:
Таким образом: 

  1. Вторую дробь разваливаем по аналогичной схеме, при этом корректнее использовать другие константы (неопределенные коэффициенты):
Таким образом:  .В результате операторное решение системы:Также операторное решение можно записать в следующем виде:  – так будет понятней завершающий этап – обратное преобразование Лапласа.Перейдем от изображений к соответствующим оригиналам:Подставим полученные изображения в операторное решение системы:По правилам можно вынести за скобки, и тогда мы получим правильный ответ.