Реферат по предмету "Математика"


Интегрирование линейного дифференциального уравнения с помощью степенных рядов

I. Интегрирование линейного дифференциального уравнения с помощью степенных рядов. Для решения дифференциального уравнения:
(I.1) где функции аi(t) (i=0,1,2) разлагаются в степенной ряд в окрестности точки t0 с радиусами сходимости ri : i=0,1,2 необходимо найти два линейно-независимых решения j1(t), j2(t). Такими решениями будут, например, решения уравнения (I.1) с начальными условиями: Решения ji будем искать в виде степенного ряда: (I.2) методом неопределенных коэффициентов. Для решения воспользуемся теоремами.
Теорема 1: (об аналитическом решении) Если p0(x), p1(x), p2(x) являются аналитическими функциями x в окрестности точки x=x0 и p0(x)≠0, то решения уравнения p0(x)y’’ + p1(x)y’ + p2(x)y = 0 также являются аналитическими функциями в некоторой окрестности той же точки и, значит, решения уравнения можно искать в виде: y=l0 + l1(x-x0) + l2(x-x0)2 + … + ln(x-x0)n + … Теорема 2: (о разложимости решения в обобщенный степенной ряд) Если уравнение (I.1) удовлетворяет условиям предыдущей теоремы, но x=x0 является нулем конечного порядка S функции a0(x), нулем порядка S-1 или выше функции a1(x) (если S>1) и нулем порядка не ниже S-2 коэффициента a2(x) (если S>2), то существует, по крайней мере, одно нетривиальное решение уравнения (I.1) в виде суммы обобщенного степенного ряда: y= l0(x - x0)k + l1(x – x0)k+1 + … + ln(x-x0)k+n + … где k- некоторое действительное число, которое может быть как целым, так и дробным, как положительным, так и отрицательным. Рассмотрим уравнение: (I.3) a0(t) = t + 2 ; a1(t) = -1; a2(t) = -4t3; a0(t) ≠ 0 t по теореме 2 хотя бы одно нетривиальное решение уравнения (I.3) может быть найдено в виде суммы обобщенного степенного ряда (t) = cn(t-t0)n возьмем t0 = 0, будем искать решение в виде (t) = cntn (I.4) Опираясь на теорему 1 и, дифференцируя ряд (I.4) почленно два раза, получим (t) = ncntn-1, (t) = n(n-1)cntn-2 (2+t)( n(n-1)cntn-2) – (ncntn-1) – 4t3( cntn)=0 Вычислим коэффициенты при соответствующих степенях: t0 : 4c2 – c1=0 4c2-c1-4c-3=0 t1 : рекуррентное соотношение имеет вид n N, c-3=0, c-2=0, c-1=0 (I.5) при n=0, n=1, n=2, c4=0 n=3, n=m-2, Итак, Найдем радиусы сходимости R полученных решений, общим методом не представляется возможным, поэтому на основании теоремы о существовании и единственности решения. Которые имеют область сходимости (по формуле Даламбера): а) б) Итак, область сходимости II. Синтез управления с не более, чем с одним переключением в управляемой системе второго порядка. Необходимо рассмотреть линейную управляемую систему: Требуется подобрать управление и( ), переводящее фазовую точку (х1,х2) из заданного начального состояния в начало координат (0,0). На выбор управления и( ) накладывается условие | и( )|=1 и и( ) имеет не более одного переключения. положение равновесия Д=-7 фокус, т.к.


III. Малые возмущения системы линейных уравнений В этой задаче рассматривается система: с действительными коэффициентами аij. Необходимо исследовать фазовые кривые этой системы:
(1) Сведем систему (1) к системе вида: (2) с помощью замены (3) Запишем систему (1) в виде , где (4) Подставим в систему (4), а в систему (3), тогда получим: (5) Найдем собственные значения матрицы А: , Систему (2) можно записать в виде: , где (6) Из системы (5) и (6) следует, что Подберем матрицу С такую, что пусть и AC = CB = Решив эту систему, получим: a=-2, b=-1, c=1, d=0, т.е. и Поставим матрицу С в замену: Подставим полученные значения в систему (2): , где При получаем систему Это уравнение малых колебаний маятника. По теореме о дифференцируемости по параметру при малых e решение (на конечном интервале времени) отличается поправкой порядка e от гармонических колебаний: Следовательно, при достаточно малом e = e(Т) фазовая точка остается вблизи окружности радиуса А в течении интервала времени Т. При фазовая кривая не обязательно замкнутая: она может иметь вид спирали, у которой расстояние между соседними витками очень мало (порядка e). Чтобы узнать, приближается ли фазовая кривая к началу координат или уходит от него, рассмотрим приращение энергии за один оборот вокруг начала координат. Нас интересует знак этого приращения: на раскручивающейся спирали приращение положительное, на сжимающейся – отрицательное, а на цикле равно 0. Выведем приближенную формулу: Подставляя значения и , получим: Для вычисления энергии за оборот следовало бы проинтегрировать эту функцию вдоль витка фазовой траектории, которая неизвестна. Но виток близок к окружности. Поэтому интеграл можно посчитать с точностью до O() по окружности радиуса А. Пусть , тогда для (при малых положительных значениях ), поэтому фазовые точки удаляются от центра, т.е. фазовая кривая раскручивается. Вектор скорости кривой направлен по часовой стрелке, так как точка с координатами (1,0) переходит в точку (0,-1) Так как detC>0, то при замене на ориентация системы координат не изменилась. Литература 1. Лизоркин Г.И. Курс обыкновенных дифференциальных и интегральных уравнений. М.: Наука, 1981, Гл.7. §6. С.344-348. 2. Эльсгольц Г.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М.: Наука, 1969, Гл.2. §7. 3. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1969, Гл.1. §5. 4. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. М.: Наука, 1969, Гл.1. §3. 5. Понтрягин Л.С. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М.: Наука, 1974, Гл.2. §16.
6. Арнольд В. И. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М.: Наука, 1975, ГЛ.2. §12. С.73-78, 84-85.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Французские министры XVII века и их богатства
Реферат Вещи как объекты гражданских прав (Контрольная)
Реферат Оборотные средства предприятия и пути ускорения их оборачиваемости
Реферат Учет при реорганизации деятельности предприятия методом разделения и выделения
Реферат Этиология, диагностика, профилактика и лечение гипоавитаминозов норок
Реферат Самоценность личности и цена победы. По страницам военной прозы Ю.Бондарева и В.Быкова
Реферат Расцвет БЛВС
Реферат Французские заимствования в испанском языке
Реферат А. В. Голубев Предложена методика, позволяющая делать расчеты денежных потоков инвестиционных проектов исходя из предполагаемых объемов реализации, значения валовой рентабельности продаж и доли зарплаты в переменны
Реферат Управление процессами организации сбора и обобщения статистических данных на примере Алматинского областного управления статистики
Реферат Дезертирство Ухилення від військової служби шляхом самокалічення або іншим способом
Реферат MY HERO Essay Research Paper TO ME
Реферат Список ныне царствующих монархов
Реферат «феномен криоглобулинемии, прогностическая и функциональная значимость криоглобулинов при ишемическом инсульте» 14. 00. 36 аллергология и иммунология
Реферат Логопедическая работа по развитию голосовых возможностей у детей среднего дошкольного возраста имеющих