1Ecuaţii diferenţiale

Σχετικά έγγραφα
Fie I R un interval deschis, G R n, n 1, un domeniu şi f : I G R n. Forma generala a unei ecuaţii diferenţiale de ordinul întâi este: = f(x, y).

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Integrala nedefinită (primitive)

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

Curs 4 Serii de numere reale

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Sisteme de ecuaţii diferenţiale

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Ion CRĂCIUN CAPITOLE DE MATEMATICI SPECIALE EDITURA PIM

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

SEMINAR TRANSFORMAREA FOURIER. 1. Probleme

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

Metode Runge-Kutta. 18 ianuarie Probleme scalare, pas constant. Dorim să aproximăm soluţia problemei Cauchy

CURS VII-IX. Capitolul IV: Funcţii derivabile. Derivate şi diferenţiale. 1 Derivata unei funcţii. Interpretarea geometrică.

z a + c 0 + c 1 (z a)

Laborator 6. Integrarea ecuaţiilor diferenţiale

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

CURS METODA OPERAŢIONALĂ DE INTEGRARE A ECUAŢIILOR CU DERIVATE PARŢIALE DE ORDIN II

Ecuatii trigonometrice

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

Ecuatii exponentiale. Ecuatia ce contine variabila necunoscuta la exponentul puterii se numeste ecuatie exponentiala. a x = b, (1)

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

Cursul Măsuri reale. D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 15

Siruri de numere reale

( ) ( ) ( ) Funcţii diferenţiabile. cos x cos x 2. Fie D R o mulţime deschisă f : D R şi x0 D. Funcţia f este

CONCURS DE ADMITERE, 17 iulie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Conice - Câteva proprietǎţi elementare

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Concurs MATE-INFO UBB, 1 aprilie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Curs 1 Şiruri de numere reale

Fişier template preliminar

Toate subiectele sunt obligatorii. Timpul de lucru efectiv este de 3 ore. Se acordă din oficiu 10 puncte. SUBIECTUL I.

Ecuaţii diferenţiale de ordinul întâi rezolvabile prin metode elementare

Orice izometrie f : (X, d 1 ) (Y, d 2 ) este un homeomorfism. (Y = f(x)).

Puncte de extrem pentru funcţii reale de mai multe variabile reale.

f(x) = l 0. Atunci f are local semnul lui l, adică, U 0 V(x 0 ) astfel încât sgnf(x) = sgnl, x U 0 D\{x 0 }. < f(x) < l +

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Curs 2 Şiruri de numere reale

EDITURA PARALELA 45 MATEMATICĂ DE EXCELENŢĂ. Clasa a X-a Ediţia a II-a, revizuită. pentru concursuri, olimpiade şi centre de excelenţă

Seminariile Capitolul IX. Integrale curbilinii

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

J F (ρ, ϕ, θ) = cos ϕ ρ sin ϕ 0. Teoremă (a diferenţiabilităţii compuse) (legea lanţului) Fie F : D deschis

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

FENOMENE TRANZITORII Circuite RC şi RLC în regim nestaţionar

1. Sisteme de ecuaţii liniare Definiţia 1.1. Fie K un corp comutativ. 1) Prin sistem de m ecuaţii liniare cu n necunoscute X 1,...

Integrale cu parametru

Spatii liniare. Exemple Subspaţiu liniar Acoperire (înfăşurătoare) liniară. Mulţime infinită liniar independentă

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

1Reziduuri şi aplicaţii

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

Progresii aritmetice si geometrice. Progresia aritmetica.

Capitolul 2 ECUAŢII CU DERIVATE PARŢIALE DE ORDINUL AL DOILEA

ΘΕΩΡΙΑ - ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

CURS 11: ALGEBRĂ Spaţii liniare euclidiene. Produs scalar real. Spaţiu euclidian. Produs scalar complex. Spaţiu unitar. Noţiunea de normă.

Cuprins. 9.1 Elemente de analiză funcţională Spaţii Hilbert. Serii Fourier generalizate Valori proprii şi vectori proprii...

2.3 Geometria analitică liniarăînspaţiu

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune

Cuprins. Notaţii... viii Istoric... ix

Lucian Maticiuc CURS I II. 1 Matrice şi determinanţi. Sisteme de ecuaţii liniare. 1.1 Matrice şi determinanţi

APLICAŢII ALE CALCULULUI DIFERENŢIAL. Material pentru uzul studenţilor de la FACULTATEA DE

riptografie şi Securitate

Ecuaţii şi sisteme diferenţiale. Teodor Stihi

Criptosisteme cu cheie publică III

Asupra unei metode pentru calculul unor integrale definite din functii trigonometrice

8 Intervale de încredere

Capitolul 3. Serii Fourier. a unei funcţii periodice de perioadă Dezvoltarea în serie Fourier

Dreapta in plan. = y y 0

VII.2. PROBLEME REZOLVATE

TEMA 7: INTEGRALE NEDEFINITE. Obiective:

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR

7 Distribuţia normală

SEMINAR TRANSFORMAREA LAPLACE. 1. Probleme. ω2 s s 2, Re s > 0; (4) sin ωt σ(t) ω. (s λ) 2, Re s > Re λ. (6)

Pseudoinversă şi inversă generalizată ale unei aplicaţii liniare

avem V ç,, unde D = b 4ac este discriminantul ecuaţiei de gradul al doilea ax 2 + bx +

Concurs MATE-INFO UBB, 25 martie 2018 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

7. ECUAŢII ŞI SISTEME DE ECUAŢII DIFERENŢIALE

Cum folosim cazuri particulare în rezolvarea unor probleme

MARCAREA REZISTOARELOR

Lucrare. Varianta aprilie I 1 Definiţi noţiunile de număr prim şi număr ireductibil. Soluţie. Vezi Curs 6 Definiţiile 1 şi 2. sau p b.

Seminar Algebra. det(a λi 3 ) = 0

Transcript:

1Ecuaţii diferenţiale 1.1 Introducere Definitia 1.1 Se numeşte ecuaţie diferenţială ordinarădeordin1: y 0 (x) =f (x, y (x)) (EDO) unde y este funcţia necunoscută, iar f este o funcţie de două variabile definită într-un domeniu plan D. Remarca 1.1 Ecuaţia (EDO) este sub formă normală. Remarca 1.2 Oecuaţie diferenţială de ordin 1 se poate da şi sub forma: (1.1.1) P (x, y)dx + Q (x, y)dy =0 sau implicit: F (x, y, y 0 )=0. Remarca 1.3 Dacă se ţine cont de interpretarea geometrică a derivatei, ecuaţia (EDO) -2-

se poate interpreta astfel: să se determine funcţiile y = y (x) acăror grafic în punctul (x, y (x)) are panta tangentei f (x, y (x)). 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Definitia 1.2 Se numeşte soluţie pentru ecuaţia (EDO) orice funcţie φ : I R derivabilăcareverificăecuaţia, adică: φ 0 (x) =f (x, φ (x)), x I Definitia 1.3 Se numeşte soluţie generală pentru ecuaţia (EDO) o mulţime de soluţii ale ecuaţiei care depinde de o constantă arbitrară; se numeşte soluţie particulară a ecuaţiei (EDO) o soluţie care se obţine din soluţia generală pentru o anumită valoare a constantei; se numeşte soluţie singulară a ecuaţiei (EDO) o soluţie care nu se poate obţine din soluţia generală pentru nici o valoare a constantei. -3-

Exemplul 1.1 Fie ecuaţia: Soluţia generalăeste iar o soluţie particularăeste: y 0 (x) =2x y (x) =x 2 + C y = x 2 +5. Definitia 1.4 A integra o ecuaţie diferenţială înseamnă a afla soluţia generală, eventual soluţiile singulare. A integra o ecuaţie diferenţială prin cuadraturi înseamnă a aflasoluţiile ei folosind calculul integral. Una din problemele care apar legate de ecuaţia diferenţială esteproblema Cauchy: Să seafle soluţia ecuaţiei diferenţiale (EDO) care verifică condiţia Cauchy (numită şi condiţie iniţială): y (x 0 )=y 0 (Cauchy) pentru (x 0,y 0 ) D. Existenţa şi unicitatea soluţiei problemei Cauchy este datăde: Teorema 1.1 Dacă funcţia f are derivată parţială continuă f y pe domeniu D 1 atunci pentru orice punct (x 0,y 0 ) D existăuninterval(x 0 ε, x 0 + ε) cu centrul în punc- 1 D este domeniu dacăesteomulţime deschisă(adică odatăcuunpunctconţine şi un disc cu centrul în punctul respectiv) şi conexă(oricaredouă puncte din mulţime pot fi unite cu o linie poligonalăinclusă în mulţime). -4-

tul x 0 şi o unică funcţie φ :(x 0 ε, x 0 + ε) R care verifică: 1. φ (x 0 )=y 0 2. pentru orice x (x 0 ε, x 0 + ε)(x, φ (x)) D, 3. φ este soluţie pentru ecuaţia diferenţială(edo): φ 0 (x) =f (x, φ (x)), x (x 0 ε, x 0 + ε). Demonstraţia acestei teoreme (care asigură existenţa şi unicitatea problemei Cauchy) nu o reproducem aci. 1.2 Ecuaţii dif. ordinare de ordin I integrabile prin cuadraturi 1.2.1 Ecuaţie dif. exactă (1.2.1) P (x, y)dx + Q (x, y)dy =0 (1.2.2) Sol. generală: U (x, y) =C U (x, y) U (x 0,y 0 )= P y = Q x Z x P (t, y) dt + x 0-5- Z y y 0 Q (x 0,t) dt

Teorema 2.1 Dacă (1.2.2) nu este verificată atunci există μ asfel încât : μ (x, y) P (x, y) dx + μ (x, y) Q (x, y) dy =0 să fieecuaţie exactă. Remarca 2.1 μ se numeşte factor integrant. Remarca 2.2 μ se determină: (μp ) y = (μq) x (1.2.3) μ y P + μ P y = μ x Q + μ Q x 1.2.2 Cazuri particulare când se poate determina μ -6-

1. μ = μ (x) : 2. μ = μ (y) : µ dμ P dx Q = μ y Q x dμ dx μ = P ln (μ) = ln (μ) = y Q x Q Z P y Q x Q Z P Z = f1(x), dx y + Q x P dy Exemplul 2.1 2ydx + xdy =0-7-

P =2y Q = x P y P y Q x Q =26= Q x =1 = 1 Zx 1 ln μ = dx =ln(x)+lnc x μ = x 1 2yxdx + x 2 dy =0 U (x, y) U (0.0) = Z x x 2 y = C 0 2ytdt + Z y 0 0 2 dt = x 2 y 1.2.3 Ecuaţii cu variabile separate P (x)dx + Q (y)dy =0 P y = Q x =0-8-

Sol. generală: U (x, y) =C, unde U (x, y) = 1.2.4 Ecuaţii cu variabile separabile Z x x 0 P (t) dt + Z y y 0 Q (t) dt a 1 (x) b 1 (y)dx + a 2 (x) b 2 (y)dy =0 admite factor integrant: 1 μ = b 1 (y) a 2 (x) ecuaţia devine: a 1 (x) a 2 (x) dx + b 2 (y) dy =0 b 1 (y) care este cu var. separate. 1.2.5 Ecuaţii diferenţiale omogene (1.2.4) y 0 = f ³ y x Teorema 2.2 Ecuaţia (1.2.4) se reduce la o ecuaţie cu variabile separabile prin schimbarea de funcţie: u = y,y = ux, u = u (x) x -9-

Demonstraţie: xu 0 + u = f (u),u 0 = du dx du f (u) u = dx x Remarca 2.3 Sol.gen.: Z pot exista sol. singulare: du f (u) u =lnx +lnc, u := y x y = u 0 x unde u 0 este sol. f (u) u =0 Exemplul 2.2 cu y = xu : Z y 0 = ³ y x 2 xu 0 + u = u 2 du u 2 u = dx Zx du dx u 2 u = x - 10-

ln (u 1) ln u =lnx +lnc u 1 = Cx u y x = Cx y sol. singulară: y =0 Remarca 2.4 Tot ecuaţii diferenţiale omogene sunt şi de forma: P (x, y)dx + Q (x, y)dy =0 unde P, Q sunt funcţii omogene de acelaşi grad r (adică P (tx, ty) =t r P (x, y) ), substituţia fiind aceeaşi dar dy = udx + xdu. Exemplul 2.3 Să se integreze ecuaţia diferenţială: x 2 + xy y 2 dx x 2 dy =0 Avem r = 2. Schimbarea de funcţie y = xu, dy = udx + xdu obţinem: x 2 + x 2 u x 2 u 2 dx x 2 (udx + xdu) =0 : x 2 1+u u 2 dx udx xdu =0 1 u 2 dx = xdu - 11- Z dx x = Z du 1 u 2

Obţinem: ln x +lnc = 1 2 ln u +1 u 1 ; u = y x ln (Cx) = 1 2 ln y + x y x Cx = s y + x y x C 2 x 2 = y x 1 y + x Cx 2 +1 1 Cx = 2y 2 2x y = +1 xcx2 1 Cx 2 Sol. singulare posibile : y = x, y = x nu sunt singulare C = 0sau C. 1.2.6 Ecuaţii reductibile la omogene (1.2.5) y 0 = f µ a1 x + b 1 y + c 1 a 2 x + b 2 y + c 2 Teorema 2.3 Ecuaţia (1.2.5) se reduce la o ecuaţie omogenă dacă ½ a1 x + b 1 y + c 1 =0 a 2 x + b 2 y + c 2 =0-12-

are soluţie unică (x 0,y 0 ) şi la o ecuaţie cu variabile separabile dacă sist. n-are soluţii. Demonstraţie: dacă sist. are sol. unică atuncisefaceschimbareadevariabilăşi de funcţie x x 0 = u, y y 0 = v, v = v (u) y 0 (x) : = v 0 (u) iar în celălat caz schimbarea de funcţie v = a 1 x + b 1 y + c 1. 1.2.7 Ecuaţia diferenţială liniarădeordini (1.2.6) y 0 (x)+p (x) y (x) =q (x) Remarca 2.5 dacă q (x) ==0atunci ecuaţia se numeşte Ecuaţie diferenţială liniară de ordin I, omogenă, şi neomogenă în caz contrar. Teorema 2.4 (1.2.6) admite factor integrant funcţie de x. Demonstraţie: y 0 (x) = dy dx (p (x) y q (x)) dx +dy =0-13-

P (x, y) =p (x) y q (x) Q (x, y) =1 P y Q x Q = p (x) 1 Corolarul 2.1 Soluţia generalăaecuaţiei µz diferenţiale (1.2.6) este: y (x) =e R p(x)dx μ (x) q (x)dx + C Demonstraţie: Ecuaţia : y 0 + p (x) y = q (x) se înmulţeste cu factorul integrant μ (x) =e R p(x)dx şi deoarece μ 0 (x) =p (x) μ (x) rezultă: (yμ (x)) 0 = μ (x) q (x) cu soluţia: Z y (x) μ (x) = μ (x) q (x)dx adică: µz y (x) =e R p(x)dx e R p(x)dx q (x)dx + C. - 14-

Exemplul 2.4 y 0 a x +1 y = ex (1+x) a,a R R a Factorul integrant: μ (x) =e x +1 dx = e a ln(x+1) =(x +1) a prin înmulţire cu μ ecuaţia devine: (x +1) a y 0 = e x integrând: deci sol. generalăvafi: (x +1) a y = e x + C y (x) =(x +1) a e x + C (x +1) a. Remarca 2.6 Soluţia generală a ec. dif liniare este de forma: y (x) =y o (x)+y p (x) unde y o (x) este sol. gen. a ec. liniare omogene, iar y p (x) o sol. particulară aec. neomogene: y 0 (x) =Ce R p(x)dx,y p (x) =e R Z p(x)dx e R p(x)dx q (x)dx - 15-

1.2.8 Ecuaţia diferenţială Bernoulli (1.2.7) y 0 + p (x) y = q (x) y α,α6= 0, 1 Teorema 2.5 Ecuaţia (1.2.7) se reduce la ecuaţia dif. liniară cu schimbarea de funcţie z (x) =y (x) 1 α. Demonstraţie: împărţim ecuaţia datăcuy α şi obţinem: y α y 0 + p (x) y 1 α = q (x) Se observăcă y 1 α 0 =(1 α) y α y 0, notând z = y 1 α ecuaţia devine: z 0 + p (x) z = q (x) 1 α care este ec. dif. liniarăînz. Remarca 2.7 După rezolvarea ec. în z se revine la funcţia iniţială prin schimbarea de funcţie z = y 1 α. Exemplul 2.5 y 0 +2xy =2x 3 y 3 α =3. Se împarte ec. cu y 3 şi rezultă: y 3 y 0 +2xy 2 =2x 3-16-

z = y 2,z 0 = 2y 3 y 0. z 0 +2xz =2x3 2 z 0 4xz = 4x 3 factor integrant: μ = e R 4xdx = e 2x2 ; Prin înmulţire cu f.i. rezultă: ³ ze 2x2 0 = 4x 3 e 2x2 de unde: ze 2x2 = Z 4x 3 e 2x2 dx ze 2x2 = 1 2 e 2x2 + x 2 e 2x2 + C Revenind la funcţia iniţială: z = 1 2 + x2 + Ce 2x2 1 y = 1 2 2 + x2 + Ce 2x2 1 y = ± q 1 2 + x2 + Ce 2x2-17-

1.2.9 Ecuaţia diferenţială Riccati (1.2.8) y 0 + p (x) y = a (x)+b(x)y 2 Teorema 2.6 Ecuaţia (1.2.8) se reduce la ec. dif. Bernoulli dacă se cunoaşte o soluţie aeiy 1 prin schimbarea de funcţie z = y y 1. Demonstraţie: y 0 + p (x) y = a (x)+b(x)y 2 y1 0 + p (x) y 1 = a (x)+b(x)y1 2 Scăzând ec. rezultă: (y y 1 ) 0 + p (x)(y y 1 )=b(x) y 2 y1 2 Înlucuind z = y y 1,y= z + y 1 rezultă: z 0 + p (x) z = b (x) z (z +2y 1 ) z 0 +(p (x) 2y 1 b (x)) z = b (x) z 2. Remarca 2.8 Dacă se face schimbarea de funcţie u = 1 y y 1 se obţine direct o ec. dif. liniarăînu. - 18-

Remarca 2.9 Dacă nu se cunoaşte o soluţie particulară a ec. Riccati s-a dem. că ecuaţia nu se poate integra prin cuadraturi. De ex.: y 0 = x 2 + y 2. 1.2.10 Ecuaţii diferenţiale neexplicitate în raport cu y 0 2.10.1 Ecuaţia diferenţialăclairaut (1.2.9) y = xy 0 + φ (y 0 ) Metoda de integrare: notăm y 0 = p (x) şi derivăm ecuaţia dată. Ecuaţia devine: y 0 = y 0 + x dy0 dx + φ0 (y 0 ) dy0 dx ţinând cont de y 0 = p rezultă: x + φ 0 (p) dp dx =0 rezultă: 1. dp dx =0adică p = C (constant) şi obţinem soluţia generală: y = Cx + φ (C). 2. x + φ 0 (p) =0adică, ţinând ½ cont de ec. dată: x = φ 0 (p) y = φ 0 (p) p + φ (p) - 19-

care reprezintăosoluţie singularădată parametric. Exemplul 2.6 (φ (y 0 )=y 02 ) Soluţia generală: y = xy 0 + y 02 y = Cx + C 2 Soluţia singulară: ½ x = 2p y = 2p 2 + p 2 Adică p = x 2,y= x2 4. 2.10.2 Ecuaţia diferenţială Lagrange (1.2.10) unde φ (y 0 ) 6= y 0. y 0 = p şi rezultă: (1.2.11) Derivând rezultă: y = xφ (y 0 )+ψ(y 0 ) y = xφ (p)+ψ(p) p = φ (p)+xφ 0 (p) dp dx + ψ0 (p) dp - 20- dx

Rezultă: dx dp (φ (p) p)+xφ0 (p) = ψ 0 (p) care este o ecuaţie dif. liniară deordin1,cux funcţie necunoscută şi p variabilă. Rezolvând ecuaţia obţinem: x = f (p, C) y = f (p, C) φ (p)+ψ(p) care reprezintăsoluţia generalădată parametric. dacă p 1 este soluţie pentru ecuaţia: φ (p) p =0 atunci y = p 1 x + ψ (p 1 ) este o soluţie (singulară) pentru ecuaţia dată. Exemplul 2.7 y = xy 0 + y 02.Notând y0 = p rezultă y = xp + p 2 Derivând: p = p x dp dx +2pdp dx de unde: 2p dx dp + x =2p sau dx dp + x 2p =1 Z dp Conform schemei de la ecuaţia liniară calculăm μ (p) =e - 21-2p = e 1 2 ln p = p şi

înmulţim ecuaţia cu μ avem: rezultă: x p = adicăsoluţia generală: (x p) 0 p = p Z pdp = Z p 1/2 dp = p3/2 3/2 + C x = 2 3 p + µ Cp 1/2 2 y = p 3 p + Cp 1/2 + p 2 Soluţie singulară: 2p =0p 1 =0deci y =0(axa Ox ). Graficul câtorva soluţii particulare este: 3 2 1 1.5 2.0 2.5 3.0 1-22-

1.2.11 Ecuaţii diferenţialeordinaredeordinsuperior Definitia 2.1 Se numeşte ecuaţie diferenţială ordinară deordinn sub forma normală oecuaţiedeforma: ³ (1.2.12) y (n) (x) =f x, y (x),y 0 (x),..., y (n 1) (x) unde f este o funcţie datăden +1variabile. Exemplul 2.8 La mişcarea rectilinie dacă notăm spaţiul parcurs cu s legea lui Newton este: µ m d2 s dt = F t, s, ds 2 dt unde F este forţa care acţionează asupra corpului de masă m. Caz particular căderea liberă: m d2 s dt = mg 2 rezultă d 2 s dt = g 2 ds dt = gt + C 1 s = g t2 2 + C 1t + C 2-23-

Definitia 2.2 Se numeşte problemă Cauchy pt. ec. dif. (1.2.12) aflarea unei soluţii a ecuaţiei dif. care verifică condiţiile iniţiale: y (x 0 )=y 0,y 0 (x 0 )=y 1,..., y (n 1) (x 0 )=y n 1. Definitia 2.3 Se numeşte soluţie generalăpentruecuaţia (1.2.12) o mulţime de soluţii ale ec. care depinde de n constante arbitrare: (1.2.13) y (x) =F (x, C 1,..., C n ). Remarca 2.10 Dacă avem soluţia generală problema Cauchy se reduce la determinarea constantelor din sol. gen. prin rezolvarea unui sistem: F (x 0,C 1,..., C n )=y 0 F x (x 0,C 1,..., C n )=y 1... n 1 F x n 1 (x 0,C 1,..., C n )=y n 1 Remarca 2.11 Aflarea sol. gen. a ec.(1.2.12) este o problemă dificilă, rezolvată teoretic doar pentru anumite tipuri de ecuaţii diferenţiale, ca de exemplu pentru ecuaţia dif. liniară de ordin n cu coef. constanţi: y (n) + a n 1 y (n 1) +.. + a 1 y 0 + a 0 = f (x) - 24-

unde a 0,..., a n 1 R. Exemplul 2.9 Ecuaţia oscilatorului armonic: y 00 (t)+ω 2 y (t) =0 soluţia generalăeste: y (t) =C 1 cos (ωt)+c 2 sin (ωt) sau y (t) =A sin (ωt + ϕ) unde: q A = C2 2 + C2 1, sin ϕ = C 1 A, cos ϕ = C 2 A Exemplul 2.10 Ecuaţia Bessel: x 2 y 00 (x)+xy 0 (x)+(x 2 ν 2 )y (x) =0 dacă ν/ N atunci sol. generală: y = C 1 J ν (x)+c 2 J ν (x) unde: X ( 1) n x 2n+ν 2 J ν (x) = n!γ (n + ν +1) n=0 unde: Z Γ (α) = e x x α 1 dx 0-25-