Дифференциальные уравнения

Дифференциальные уравнения

Определения

Определение:

Соотношение вида [math]F(x, y(x), {y}'(x), ... , y^{(n)}(x)) = 0\:(1)[/math] называется обыкновенным дифференциальным уравнением (ОДУ).

Определение:

Порядок наивысшей производной входящей в уравнение называется порядком уравнения.

Определение:

[math]F(x, y(x), {y}'(x)) = 0\:(2)\: - [/math] дифференциальное уравнение 1-го порядка

Определение:

Решением дифференциального уравнения [math](2)[/math] называется функция [math]y(x) \in C(a,b):[/math] [math]F(x, y(x), {y}'(x)) \equiv 0[/math]

Определение:

[math]\frac{dy}{dx}=f(x,y)\:(3) - [/math] уравнение в нормальной форме.

Определение:

Изоклиной ДУ[math](3)[/math] называется кривая определяемая равенством [math]f(x,y)=k[/math], где [math]k - const , tg\alpha = k[/math].

Задача Коши

Определение:

Задача нахождения решения дифференциального уравнения [math]\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = f(x, y)[/math], которое удовлетворяет следующим условиям: [math]\left\{\begin{matrix} \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = f(x, y) \\ y = y_{0}, \:\: \mathrm{if} \:\: x = x_{0} \end{matrix}\right.[/math] называется задачей Коши (начальной задачей)

в некоторых случаях удается упростить решение задачи Коши наложив ограничения на [math]f(x,y):[/math]
[math]f(x,y) \in C(D), \:\: D = \left\{\begin{matrix} \left | x-x_{0} \right | \leqslant q \\ \left | y-y_{0} \right | \leqslant b \end{matrix}\right.[/math]
[math]\Rightarrow \:\: f(x, y) \leqslant M, \:\: M \gt 0[/math]

Определение:

условие Липшица: [math]\left | f(x,\bar{y}) - f(x, \bar{\bar{y}}) \right | \leq l \left | \bar{\bar{y}} - \bar{y} \right |, \:\: \forall (x,\bar{y}), (x,\bar{\bar{y}}) \in D[/math] для некоторой константы [math]l \gt 0[/math]

Очевидно, условие Липшица выполняется при условии [math]\left | \frac{\partial f}{\partial y} \right | \in C(D)[/math].

Теорема:

Пусть [math]f(x,y)[/math] удовлетворяет условию Липшица и [math]f(x,y) \in C(D)[/math], тогда существует единственное решение задачи Коши [math]y=y(x), \:\: y \in C(\left | x-x_{0} \right | \leqslant h)[/math] где [math]h = min(a, \frac{b}{M})[/math].