Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Решение задачи Коши

DWQA QuestionsРешение задачи Коши
0 +1 -1
AsyaAsya Админ. спросил 7 лет назад

Здравствуйте!
Помогите решить задачу:
Найти решение задачи Коши при заданном начальном условии у(1)=3:

    \[y^{'}-\frac{13y}{x}=x+x^4.\]

Спасибо!

1 ответ
0 +1 -1
AsixAsix Админ. ответил 7 лет назад

Для начала разберемся, что такое задача Коши.
Решение задачи Коши подразумевает найти решение диф. уравнения, которое будет подходить для заданных начальных условий.
Для решения задачи Коши сначала находят общее решение диф. уравнения, а потом подставляют начальные условия и находят значения коэффициентов C_1 и C_2.
Решим задачу.
 
Задача.
Найдем решение задачи Коши при заданном начальном условии у(1)=3:

    \[y^{'}-\frac{13y}{x}=x+x^4.\]

 
Решение.
Заданное уравнение — это линейное диф. уравнение первого порядка.
Решим данное уравнение с помощью метода Лагранжа.
Отыщем общее решение однородного уравнения, которое соответствует данному:

    \[y^{'}-\frac{13y}{x}=0.\]

Перепишем его в виде:

    \[\frac{dy}{dx}=\frac{13y}{x}.\]

Полученное уравнение с разделяющимися переменными. Умножим обе его части на \frac{dx}{y}:

    \[\frac{dy}{dx}\cdot \frac{dx}{y}=\frac{13y}{x}\cdot \frac{dx}{y};\]

    \[\frac{dy}{y}=\frac{13dx}{x}.\]

Проинтегрируем почленно:

    \[\int{\frac{dy}{y}}=\int{\frac{13dx}{x}};\]

    \[{\ln  \left|y\right|\ }+{\ln  \left(C_1\right)\ }=13{\ln  \left|x\right|\ };\]

    \[C_1y=e^{13{\ln  x\ }}={\left|x\right|}^{13}.\]

Решение подобного неоднородного уравнения ищут в виде:

    \[y=С\left(x\right)\cdot {\left|x\right|}^{13}.\]

Здесь С\left(x\right) — неизвестная функция.
Подставим y=С\left(x\right)\cdot {\left|x\right|}^{13} в исходное уравнение:

    \[y^{'}=C^{'}\left(x\right)\cdot {\left|x\right|}^{13}+13C\left(x\right)\cdot x^{12};\]

    \[C^{'}\left(x\right)\cdot {\left|x\right|}^{13}+13C\left(x\right)\cdot x^{12}-13С\left(x\right)\cdot x^{12}=x+x^4;\]

    \[C^{'}\left(x\right)=\frac{1+x^3}{x^{12}}.\]

Проинтегрируем почленно:

    \[C\left(x\right)=\int{\frac{1+x^3}{x^{12}}dx}=\int{\frac{dx}{x^{12}}}+\int{\frac{dx}{x^9}}=-\frac{1}{{11x}^{11}}-\frac{1}{8x^8}+C.\]

Общим решением заданного неоднородного уравнения будет

    \[y=\left(-\frac{1}{{11x}^{11}}-\frac{1}{8x^8}+C\right)\cdot {\left|x\right|}^3=-\frac{1}{11x^8}-\frac{1}{8x^5}+C{\left|x\right|}^3.\]

Используем начальное условие и найдем значение произвольной постоянной:

    \[3=-\frac{1}{11}-\frac{1}{8}+C;\]

    \[C=3\frac{19}{88}.\]

Получено частное решение:

    \[y=-\frac{1}{11x^8}-\frac{1}{8x^5}+3\frac{19}{88}{\left|x\right|}^3\]

 
Ответ. y=-\frac{1}{11x^8}-\frac{1}{8x^5}+3\frac{19}{88}{\left|x\right|}^3.
 

Пожалуйста, зарегистрируйтесь или войдите, чтобы добавить ответ.

Нужна помощь с
решением задач?
Более 500 авторов онлайн и готовы помочь тебе прямо сейчас! Цена от 20 рублей за задачу. Сейчас у нас проходит акция, мы дарим 100 руб на первый заказ.