Аналитические решения заданного уравнения
Дано
у'' – 3у' + 2у =х, у(0) = у'(0) = 1. (***)
Это линейное неоднородное дифференциальное уравнение 2-го порядка с постоянными коэффициентами. Найдем общее решение уон этого уравнения, которое равно сумме какого-либо частного решения учн неоднородного уравнения и общего решения у∞ соответствующего однородного уравнения
уон = у∞ + учн.
Запишем соответствующее однородное уравнение
у'' – 3у' + 2у = 0,
его характеристическое уравнение k2 – 3k + 2 = 0 имеет корни k1 = 2, k2 = 1. Поэтому
у∞ = с1е2х + с2е2х.
Для определения частного решения неоднородного уравнения (***) воспользуемся методом неопределенных коэффициентов. Так как правая часть уравнения (***) является многочленом первой степени и число ά + βi = 0 не является корнем характеристического уравнения, то частное решение имеет вид:
учн =Ах +В.
Чтобы определить значения коэффициентов А и В, находим производные
учн = А, учн = 0,
подставляем учн, учн, учн в уравнение (19)
-3А +2Ах + 2В = х
и, сравнивая коэффициенты при одинаковых степенях х, получаем систему
из которой находим . Следовательно, и
Найдем частное решение, удовлетворяющее заданным начальным условиям, для чего продифференцируем общее решение и подставим начальные условия в общее решение и его производную, в результате получим систему
решая которую, найдем .Таким образом, получили аналитическое решение заданного уравнения, удовлетворяющего данным начальным условиям
3. Сравним значения точного и приближенного решений заданного уравнения в точках х1, х2, х3. Это сравнение дано в табл.12.
Таблица 12
i | yi по методу Рунге-Кутта | у(хi) – точное решение | - абсолютная погрешность |
1,0000000 | 1,000000 | ||
1,105349 | 1,105351 | 2∙10-6 | |
1,222951 | 1,222955 | 4∙10-6 | |
1,3555196 | 1,3555301 | 1∙10-5 |
Дата добавления: 2021-09-07; просмотров: 317;