Mariusz:
Tutaj będzie trudno
Równania pierwszego rzędu typów wyróżnianych w skryptach i podręcznikach
można rozwiązać sprowadzając je do jednego z następujących typów
1. Równanie o rozdzielonych zmiennych
czyli równanie postaci y'=f(x)g(y)
Po doprowadzeniu równania do wyżej wymienionej postaci
wystarczy równanie podzielić przez g(y) a następnie scałkować obustronnie
2. Równanie liniowe pierwszego rzędu
czyli równanie postaci y'+p(x)y=q(x)
Niech y
1 będzie całką szczególną równania jednorodnego y'+p(x)y=0
Zakładamy że całka szczególna równania niejednorodnego jest postaci
y
s=C(x)y
1,
wstawiamy tę postać całki szczególnej do równania i obliczamy funkcję C(x)
Podczas całkowania wystarczy wziąć jedną funkcję pierwotną ponieważ
całka ogólna równania niejednorodnego jest równa sumie całki ogólnej równania jednorodnego
oraz całki szczególnej równania niejednorodnego
3. Równanie zupełne
Różniczka funkcji F(x,y)
Z twierdzenia Schwarza o pochodnych mieszanych mamy że
Równanie zupełne jest to równanie postaci
P(x,y)dx+Q(x,y)dy=0
w którym zachodzi warunek wynikający z twierdzenia Schwarza czyli
Po sprawdzeniu tego warunku rozwiązujemy układ równań
Rozwiązaniem w postaci uwikłanej jest
F(x,y)=C
Uwagi co do sprowadzania równań pewnego typu do równań innego typu
Równanie można sprowadzić do równania innego typu
a) stosując podstawienie
Dla pewnych typów równań takich jak równania jednorodne, Bernoulliego,
Riccatiego przy danej całce szczególnej podstawienia są już znane i wystarczy je zastosować
Problemem może być tutaj np policzenie potrzebnych całek
Dla innych równań podstawienie trzeba wymyślić i tutaj bywa z tym różnie ,
czasami spostrzegawczość rozwiązującego może pomóc
b) mnożąc równanie przez czynnik całkujący
Sprowadzanie równania do równania zupełnego
Jeżeli warunek
nie jest spełniony to możemy poszukać takiej funkcji μ(x,y) aby spełniony był warunek
Gdy μ(x,y) zależy tylko od jednej zmiennej to dość łatwo jest znaleźć czynnik całkujący
Nieco trudniej jest gdy jest on w postaci φ(x)ψ(y)
Mamy wtedy tzw czynnik całkujący o rozdzielonych zmiennych
Jeszcze trudniej jest znaleźć czynnik całkujący postaci G(ω(x,y))
wtedy zadanie znalezienia czynnika całkującego upraszcza się
gdy mamy daną funkcję ω(x,y)
Przy danej funkcji ω(x,y) znalezienie Funkcji G(t) jest już łatwiejsze
c) wprowadzając parametr
Równanie różniczkowe Lagrange może być tutaj przykładem
Równanie postaci y=f(y')x + g(y') różniczkujemy obustronnie , wprowadzamy parametr p = y'
i sprowadzamy to równanie do liniowego pierwszego rzędu
gdzie wprowadzony parametr jest zmienną niezależną a x zmienną zależną
Czasami gdy nie mamy pomysłu na to jak rozwiązać równanie y'=f(x,y)
łatwiejszym do rozwiązania może okazać się równanie x'=f(x,y)