КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Линейные однородные ДУ второго порядкаРассмотрим линейное однородное дифференциальное уравнение (ЛОДУ) второго порядка: (8.12) и установим некоторые свойства решений этого уравнения. Теорема.Если функции и являются решениями уравнения (8.12), то решением этого уравнения является также линейная комбинация этих функций , (8.13) где с1 и с2 - произвольнее постоянные. Доказательство. Подставим функцию (8.13) и её производные в левую часть (8.12). Получим ( ( ( . Таким образом, функция является также является ре-шением уравнения (8.12). Итак, функция вида у = с произвольными постоянными с1 и с2 является решением уравнения (8.12). Докажем в последствии, что (8.13) при некоторых условиях является общим решением (8.12). Для этого рассмотрим понятие линейной зависимости и линейной независимости функций. Функции и называется линейно зависимыми на (a,b), если существуют такие числа с1 и с2, из которых хотя бы одно отлично от нуля, что для любого имеет место равенство . (8.14) Очевидно, что если функции и линейно зависимы, то они пропорциональны. Действительно, если , причём и , то . Верно и обратное. Функции и называется линейно независимыми на (a,b), если не существует таких чисел с1 и с2, из которых хотя бы одно отлично от нуля, что для любого имеет место равенство (8.14). Другими словами, равенство (8.14) выполняется сразу для всех , если только с1 = с2 = 0. Очевидно, что если функции и линейно независимы, то их отношение , т.е. они не пропорциональны. Так, например, функции и линейно независимы на любом интервале , поскольку , а функции и линейно зависимы на любом интервале , так как . Признак линейной зависимости системы функций связан с так назы-ваемым определителем Вронского или вронскианом. Для двух дифферен-цируемых функций и вронскиан имеет следующий вид W(x) = . Имеют место следующие теоремы. Теорема 1. Если дифференцируемые функции и линейно зависимы на (a,b), то определитель Вронского на этом интервале равен нулю. Доказательство. Так как функций и линейно зависимы, то они пропорциональны = α и = α , тогда определитель Вронского = = 0. Теорема 2.Для того, чтобы две дифференцируемые функций и были бы линейно независимы на [a,b] необходимо и достаточно, чтобы определитель Вронского на этом сегменте был бы отличен от нуля. . Теорема(о структуре общего решения ЛОДУ второго порядка) Если два решения и ЛОДУ линейно независимы, то их линейная комбинация у = является общим решением этого уравнения. Доказательство. Так как и являются решениями уравнения (8.12), то их линейная комбинация у = также – решение этого уравнения. Остаётся доказать, что это решение общее, т.е., что из него можно выделить единственное частное решение, удовлетворяющее заданным начальным условиям , (8.15) Подставляем данные условия в решение , получим систему уравнений , (8.16) относительно неизвестных с1 и с2. Определитель этой системы равен значению вронскиана в точке х = х0 . Но так как и являются линейно независимыми на [a,b] , то согласно теореме 2, . А это означает, что система (8.16) имеет единственное решение: , . Решение является единственным частным решением уравнения (8.12), удовлетворяющим начальным условиям (8.15). Теорема доказана.
|