Рады, что вам понравилась статья 😊
Система уравнений следующего вида
называется неоднородной системой линейных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами. Система уравнений
Называется однородной. Если мы введем в рассмотрение векторы
и матрицу , то неоднородная и однородная системы будут выглядеть более компактным образом:
По форме уравнения напоминают линейные уравнения первого порядка, но их решать, конечно же, сложнее. Здесь нужно найти так называемую фундаментальную матрицу решений,
, то есть линейно независимых решений
являющихся соответственно -м, -м -м столбцами матрицы. Определитель этой матрицы называется определителем Вронского. Общее решение однородной системы представляется в виде:
Где есть вектор столбец, состоящий из произвольных постоянных. Если мы решаем неоднородную систему и произвольное частное решение этой системы, То общее решение неоднородной системы запишется в виде:
Наиболее простые системы можно решать методом исключения. Приведем пример:
Пример 1 Решить однородную систему .
Выразим из второго уравнения и подставим в первое уравнение:
Для полученного линейного однородного уравнения составим характеристическое уравнение: . Его корни . Фундаментальная система решений , а общее решение этого уравнения .
Подставляя в выражение для второй неизвестной:
Пример 2 Решить неоднородную систему .
Однородная система, отвечающая данной неоднородной системе, решена в примере 1. Нам остается найти частное решение исходной неоднородной системы. Как и в случае линейных уравнений с постоянными коэффициентами, будем искать решение в виде функций стоящих в правой части: .
Подставляем в систему:
Собирая подобные члены и приравнивая коэффициенты при подобных членах в этих двух уравнениях, получим систему для определения неизвестных коэффициентах:
Таким образом, общее решение неоднородного уравнения: