Поняття про диференціальні рівняння

У ході вирішення різних практичних завдань виникають рівняння, які пов’язують похідні деякої функції, саму функцію і незалежну змінну. Рівняння, які крім функцій включають в себе ще й похідні цих функцій, називаються диференціальними рівняннями.

Наприклад, розглянемо другий закон Ньютона. Згідно нього, при русі матеріальної точки постійної маси по прямій буде справедлива наступна формула F=m*a, де F-сила, яка викликає рух, а-прискорення точки.

Покладемо, що сила залежить тільки від часу, тоді F=F (t). Як вже відомо, прискорення є друга похідна від координати за часом (a (t)=x ” (t). Тоді з’єднавши всі воєдино, отримуємо диференціальне рівняння щодо x (t):

F (t)=m*x ” (t).

Або x ” (t)=F (t) / m.

Рішення рівнянь:
Для вирішення такого рівняння спочатку знайдемо x ‘ (t), як первообразную функції F (t) / m. Після цього зможемо знайти x (t), як первообразную, від отриманого результату x ‘ (t)=v (t).

При інтегруванні у нас на кожному кроці з’являться за постійною, тобто загальне рішення буде залежати від двох довільних постійних. Щоб їх знайти, зазвичай задають деяку координату і швидкість в певний момент часу t.

Крім завдань описаних вище, у фізиці, техніці, біології та в ряді соціальних наук багато завдання зводяться до знаходження функцій, що задовольняють наступного диференціального рівняння:

F ‘ (x)=k*f (x), де k-деяка константа.

Сенс цього диференціального рівняння полягає в тому, що швидкість зміни функції в деякій точці х буде пропорційна значенню функції в цій точці. Виходячи з формули похідної показовою функції можна встановити, що рішенням цього рівняння є будь-яка функція виду f (x)=C*e (k*x), де С-деяка постійна.

Так як у виборі константи З нас ніхто не обмежує, то слід вважати, що диференціальне рівняння такого виду має нескінченно багато рішень. А так як диференціальне рівняння такого виду має нескінченно багато рішень, часто буває необхідно виділити якесь одне рішення. Для цього вводять певні початкові умови.

Рівняннями такого типу описується, наприклад, період напіврозпаду радіоактивного речовини. Диференціальні рівняння-це дуже потужний математичний апарат. У багатьох математично моделях різних систем використовуються диференціальні рівняння. Наприклад, моделювання найпростіших бойових дій і т. д.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Поняття про диференціальні рівняння