Решить систему дифференциальных уравнений: y'(t) = y(t) + z(t) z'(t) = t + y(t) + z(t)

лия206 лия206    3   18.06.2019 09:41    0

Ответы
samikby samikby  15.07.2020 01:49

y(t)=z'(t)-t-z(t)

Продифференцируем второе уравнение по переменной t, получим

z''(t)=1+y'(t)+z'(t)~~~\Rightarrow~~~ y'(t)=z''(t)-z'(t)-1

Подставляем в первое уравнение:

z''(t)-z'(t)-1=z'(t)-z(t)-t+z(t)\\ \\ z''-2z'=1-t

Получили линейное неоднородное дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами со специальной правой частью:

Найдем сначала общее решение соответствующего однородного дифференциального уравнения:

z''-2z'=0

Пусть z=e^{kt}, получим характеристическое уравнение:

k^2-2k=0\\ k(k-2)=0~~~\Longleftrightarrow~~~ k_1=0;~~~ k_2=2

Общее решение однородного дифференциального уравнения

z^*=C_1e^{2t}+C_2

Рассмотрим полином правой части f(t)=(1-t)e^{0t} здесь P_n(t)=1-t,~~ \alpha =0,~~ n=1. Сравнивая α с корнями характеристического уравнения и, принимая, во внимая что n = 0, частное решение будем искать в виде:

z^{**}=t(At+B)=At^2+Bt

z'=2At+B\\ z''=2A

Подставляем в исходное диф. уравнение:

2A-2(2At+B)=1-t\\ \\ 2A-2B-4At=1-t

Приравниваем коэффициенты при степени t

\displaystyle \left \{ {{2A-2B=1} \atop {-4A=-1}} \right. ~~~\Rightarrow~~~\left \{ {{B=-\frac{1}{4}} \atop {A=\frac{1}{4}}} \right.

Частное решение: z^{**}=\dfrac{t^2}{4}-\dfrac{t}{4}

Общее решение линейного неоднородного дифференциального уравнения:

z=z^*+z^{**}=C_1e^{2t}+C_2+\dfrac{t^2}{4}-\dfrac{t}{4}

y=2C_1e^{2t}+\dfrac{t}{2}-\dfrac{1}{4}-t-C_1e^{2t}-C_2-\dfrac{t^2}{4}+\dfrac{t}{4}=C_1e^{2t}-C_2-\dfrac{t^2}{4}-\dfrac{t}{4}-\dfrac{1}{4}

ПОКАЗАТЬ ОТВЕТЫ
Другие вопросы по теме Математика