Войти в систему

Home
    - Создать дневник
    - Написать в дневник
       - Подробный режим

LJ.Rossia.org
    - Новости сайта
    - Общие настройки
    - Sitemap
    - Оплата
    - ljr-fif

Редактировать...
    - Настройки
    - Список друзей
    - Дневник
    - Картинки
    - Пароль
    - Вид дневника

Сообщества

Настроить S2

Помощь
    - Забыли пароль?
    - FAQ
    - Тех. поддержка



Пишет ____shine____ ([info]____shine____)
@ 2009-10-29 21:41:00


Previous Entry  Add to memories!  Tell a Friend!  Next Entry
Филиппов, 811 и 846
811 Решим систему
\begin{displaymath}\left\lbrace\begin{array}{l}\dot x = 2x-y-z \\\dot y = 2x-y-2z \\\dot z = 2z-x+y\end{array}\right.,\end{displaymath}
т.е. $ \stackrel{\dot \rightarrow}{X} =A\vec X$ , где
\begin{displaymath}\vec X=\left(\begin{array}{c}x(t) \\y(t) \\z(t) \\\......1 & -1 \\2 & -1 & -2 \\-1 & 1 & 2 \\\end{array}\right) .\end{displaymath}
Характеристическое уравнение приводит к $ (1-\lambda)^3=0$ , что означает, что действительно, Image , Image , как и было указано в задачнике. Найдём собственные векторы, принадлежащие этому собственному значению, и выясним размерность пространства, которое образуют эти векторы.
\begin{displaymath}\left(\begin{array}{rrr}2 & -1 & -1 \\2 & -1 & -2 \\-......t)\left(\begin{array}{c}a \\ b \\ c\end{array}\right) =0\end{displaymath}
\begin{displaymath}\left\lbrace\begin{array}{r}a+b-c=0\\a-b-c=0\\-a+b+c=......v_1=c\left(\begin{array}{c}1 \\ 0 \\ 1\end{array}\right)\end{displaymath}
Таким образом, векторы, принадлежащие собственному значению Image , образуют одномерное пространство, т.е. Image (см общий алгоритм решения в таких случаях в Филиппове). Из этого следует, что решение системы следует искать в виде
\begin{displaymath}X=\left(\begin{array}{l}at^2+bt+c\\dt^2+ft+g\\ht^2+kt+l\end{array}\right) e^t.\end{displaymath}

Подставляя этот вектор в исходную систему и сокращая Image , получим:
\begin{displaymath}\left\lbrace\begin{array}{llll}at^2+(2a+b)t+(b+c) & =(2a-......(-a+d+2h)t^2 & +(-b+f+2k)t & +(-c+g+2l) \\\end{array}\right.\end{displaymath}
Теперь приравняем коэффициенты при равных степенях Image :
\begin{displaymath}\left\lbrace\begin{array}{l}a=2a-d-h\\2a+b=2b-f-k\\b+......\h=-a+d+2h\\2h+k=-b+f+2k\\k+l=-c+g+2l\end{array}\right.\end{displaymath}
Первое, четвёртое и седьмое уравнения из этой системы эквивалентны и содержат три неизвестных: Image , Image , и Image . Из них можно вывести, что $ d=a-h$ . Заменяя Image и выбрасывая рассмотренные уравнения из системы, получим:
\begin{displaymath}\left\lbrace\begin{array}{l}2a=b-f-k\\b=c-g-l\\2(a-h)......-2l\\f=2c-2g-2l\\2h=-b+f+k\\k=-c+g+l\end{array}\right.\end{displaymath}
Из пятого, шестого и второго уравнений последней системы следует, что
\begin{displaymath}\begin{array}{l}f=2(c-g-l)\\k=-(c-g-l)\\b=(c-g-l)\end{array}\end{displaymath}

Подставляя выражения для этих коэффициентов в оставшиеся уравнения, получим, что Image . Следовательно, и Image . Коэффициенты же Image , Image и Image не ограничиваются этой системой никак, и с учётом найденного мы можем записать следующее трёхпараметрическое решение:
\begin{displaymath}X=\left(\begin{array}{l}(c-g-l)t+c\\2(c-g-l)t+g\\-(c-......(\begin{array}{l}-lt\\-2lt\\lt+l\end{array}\right) e^t\end{displaymath}
Переобозначив $ c=C_1$ , $ g=C_2$ , $ l=C_3$ запишем конечный ответ:
\begin{displaymath}X=C_1\left(\begin{array}{l}t+1\\2t\\-t\end{array}\ri......eft(\begin{array}{l}-t\\-2t\\t+1\end{array}\right) e^t\end{displaymath}
846 У системы
\begin{displaymath}\left\lbrace\begin{array}{l}\dot x=y+\tg^2t-1\\\dot y=-x+\tg t\end{array} \right.\end{displaymath}
матрица Image имеет вид
\begin{displaymath}A=\left(\begin{array}{rr}0 & 1\\-1 & 0\end{array}\right),\end{displaymath}
следовательно $ \lambda^2=-1$ , $ \lambda=\pm i$ . Из этой пары сопряжённых корней выделим и запишем комплексное решение для него:
\begin{displaymath}v_{-i}=\left(\begin{array}{c}i\\ 1\end{array}\right)\q......{array}{c}i\cos t+\sin t\\\cos t-i\sin t\end{array}\right)\end{displaymath}
Как известно, самостоятельными частными решениями однородной системы являются
\begin{displaymath}{\mathrm Re}X_{-i}=\left(\begin{array}{c}\sin t\\\cos ......\left(\begin{array}{r}\cos t\\-\sin t\end{array}\right)\end{displaymath}
и общее решение однородной системы записывается в виде
\begin{displaymath}X_0=C_1\left(\begin{array}{c}\sin t\\\cos t\end{array......\left(\begin{array}{r}\cos t\\-\sin t\end{array}\right)\end{displaymath}
Будем искать решение неоднородной системы в виде
\begin{displaymath}X=\alpha(t)\left(\begin{array}{c}\sin t\\\cos t\end{a......\left(\begin{array}{r}\cos t\\-\sin t\end{array}\right).\end{displaymath}
Подставив его в систему, получим (см. объяснения на паре):
$\displaystyle \left\lbrace\begin{array}{l}\dot \alpha \sin t + \dot \beta \cos t=\tg^2t-1\\\dot \alpha \cos t - \dot \beta \sin t=\tg t\end{array} \right.$
Умножив первое уравнение на Image второе - на Image и сложив эти уравнения, мы получим, что $ \dot \alpha=\sin t\left( \dfrac{1}{\cos^2t}-1\right)$ . Аналогично умножив первое уравнение на Image второе - на $ -\sin t$ и снова сложив эти уравнения, мы получим $ \dot \beta=-\cos t$ . Отсюда $ \alpha=\cos t+\dfrac{1}{\cos t}+C_1$ , $ \beta=-\sin t+C_2$ ,
\begin{displaymath}X=\left( \cos t+\dfrac{1}{\cos t}+C_1\right) \left(\begin{......\left(\begin{array}{r}\cos t\\-\sin t\end{array}\right),\end{displaymath}
Т.е.
\begin{displaymath}\left\lbrace\begin{array}{l}x=C_1\sin t +C_2 \cos t + \tg t\\y=C_1\cos t -C_2 \sin t +2.\end{array}\right.\end{displaymath}