Разложение дроби на простейшие

Закон равноускоренного движения

Равноускоренное движение в поле тяжести Земли

Закон равноускоренного движения получается в результате решения простейшего дифференциального уравнения вида:

Общее решение этого уравнения дается формулой:

;

Здесь и — произвольные константы, соответствующие начальной координате и начальной скорости.

Движение с постоянным ускорением называют равноускоренным. Движение с постоянным ускорением подчиняется закону:

;

.

При этом уравнения движения в координатной форме имеют аналогичный вид:

;

.

В этом случае часто говорят о равноускоренном движении, если знаки и совпадают и о равнозамедленном, если и имеют противоположные знаки. При этом знак каждой из величин зависит от начального выбора системы отсчета.

Частный случай равноускоренного движения — равномерное движение. В этом случае . Тогда движение описывается закону:

2 http://www.math24.ru/уравнения-с-разделяющимися-переменными.html

3 Рассмотрим, как решать уравнения вида y’=f(ax+by+c), где a,b,c — некоторые числа. Это — дифференциальные уравнения, приводимые к уравнениям с разделяющимися переменными.

Такие уравнения приводятся к уравнениям с разделяющимися переменными с помощью замены z=ax+by+c. Дифференцируем обе части этого равенства по иксу:

Поскольку x’=1, а так как y’=f(ax+by+c), то y’=f(z).

Соответственно, получаем, что

При условии a+bf(z)≠0 переменные можем разделить:

Интегрируем полученное уравнение

В полученном решении возвращаемся к исходным переменным z=ax+by+c.

Если a+bf(z)=0, то значит, и dz/dx=0, то ax+by+c=С.

6 Линейное дифференциальное уравнение первого порядка с переменными коэффициентами имеет общий вид

Уравнения в такой форме могут быть решены путём умножения на интегрирующий множитель

получим

используем правило дифференцирования произведения

что, после интегрирования обеих частей, дает нам

Таким образом, решение линейного дифференциального уравнения первого порядка

(в частности, с постоянными коэффициентами) имеет вид

где является константой интегрирования.

Пример[

Возьмём дифференциальное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами:

Это уравнение имеет особое значение для систем первого порядка, таким как RC-схемы и масс-демпфер системы.

В этом случае, p(x) = b, r(x) = 1.

Следовательно, решение будет:

7 Уравнение Бернулли

Обыкновенное дифференциальное уравнение вида:

называется уравнением Бернулли (при или получаем неоднородное или однородное линейное уравнение).

При является частным случаем уравнения Риккати. Названо в честь Якоба Бернулли, опубликовавшего это уравнение в 1695 году.

Метод решения с помощью замены, сводящей это уравнение к линейному, нашёл его брат Иоганн Бернулли в 1697 году.^[1]

Первый способ[править | править вики-текст]

Разделим все члены уравнения на

получим

Делая замену

и дифференцируя, получаем:

Это уравнение приводится к линейному:

и может быть решено методом Лагранжа (вариации постоянной) или методом интегрирующего множителя.

Второй способ

Заменим

тогда:

Подберем так, чтобы было

для этого достаточно решить уравнение с разделяющимися переменными 1-го порядка. После этого для определения получаем уравнение — уравнение с разделяющимися переменными.

Пример

Уравнение

разделим на получаем:

Замена переменных

дает:

Делим на ,

Результат:

Линейные дифференциальные уравнения второго порядка

Дифференциальное уравнение второго порядка имеет вид . Определение. Общим решением уравнения второго порядка называется такая функция , которая при любых значениях и является решением этого уравнения. Определение. Линейным однородным уравнением второго порядка называется уравнение . Если коэффициенты и постоянны, т.е. не зависят от , то это уравнение называют уравнением с постоянными коэффициентами и записывают его так: . Уравнение будем называть линейным неоднородным уравнением. Определение.Уравнение , которое получается из линейного однородного уравнения заменой функции единицей, а и - соответствующими степенями , называется характеристическим уравнением. Известно, что квадратное уравнение имеет решение, зависящее от дискриминанта : , т.е. если , то корни и - действительные различные числа. Если , то . Если же , т.е. , то будет мнимым числом, а корни и - комплексными числами. В этом случае условимся обозначать .

12 Формула Эйлера названа в честь Леонарда Эйлера, который её ввёл, и связывает комплексную экспоненту с тригонометрическими функциями.

Формула Эйлера утверждает, что для любого действительного и комплексного числа выполнено следующее равенство:

,

где — одна из важнейших математических констант, определяющаяся следующей формулой: ,

— мнимая единица.

14 Метод неопределённых коэффициентов ― метод, используемый в математике для нахождения искомой функции в виде точной или приближённой линейной комбинации конечного или бесконечного набора базовых функций. Указанная линейная комбинация берётся с неизвестными коэффициентами, которые определяются тем или иным способом из условий рассматриваемой задачи. Обычно для них получается система алгебраических уравнений.

Разложение дроби на простейшие

Классическим примером применения метода неопределённых коэффициентов является разложение правильной рациональной дроби в комплексной или вещественной области на элементарные дроби.

Пусть и — многочлены с комплексными коэффициентами, причём степень многочлена меньше степени многочлена . Будем полагать, что степень многочлена равна , коэффициент при старшем члене многочлена равен 1, а , ― различные корни многочлена с кратностями , соответственно. Отсюда имеем

Функция представима, и притом единственным образом, в виде суммы элементарных дробей

где ― неизвестные пока комплексные числа (их число равно ). Для их отыскания обе части равенства приводят к общему знаменателю. После его отбрасывания и приведения в правой части подобных членов получается равенство, которое сводится к системе линейных уравнений относительно .

Примечание. Нахождение коэффициентов упрощается, если имеет только некратные корни , , т.е. все и

После умножения на последнего равенства и подстановки непосредственно получаем значение соответствующего коэффициента

.

Обращение ряда

Если функция , не равная нулю при разложена в ряд Маклорена:

то существует ряд Маклорена противоположной функции:

Коэффициенты этого ряда можно найти, перемножив эти два равенства и применив метод неопределённых коэффициентов. Получится бесконечная треугольная система линейных уравнений, из которой последовательно найдутся искомые коэффициенты.

Аналогичным, но более громоздким, образом можно найти коэффициенты ряда обратной функции:

При этом используется соотношение , то есть весь ряд для подставляется вместо в ряд для .

Сумма степеней

В качестве частного примера можно привести задачу о нахождении формулы k-х степеней: . Будем искать ответ в виде многочлена -ой степени от . Коэффициенты же этого многочлена найдём с помощью метода неопределённых коэффициентов.

Пример. Ищем в виде .

По определению , а также . Подставляя многочлен в приведённой форме и приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях, получаем систему для их определения:

откуда получаем ответ:

15 Числовой ряд — числовая последовательность, рассматриваемая вместе с другой последовательностью, которая называется последовательностью частичных сумм (ряда).

Рассматриваются числовые ряды двух видов:

· вещественные числовые ряды — изучаются в математическом анализе;

· комплексные числовые ряды — изучаются в комплексном анализе;

Важнейший вопрос исследования числовых рядов — это сходимость числовых рядов.

Числовые ряды применяются в качестве системы приближений к числам.

Обобщением понятия ряда является понятие двойного ряда.

Пусть — числовая последовательность; рассмотрим наравне с данной последовательностью последовательность

каждый элемент которой представляет собой сумму первых k членов исходной последовательности, называемой частичной суммой вида:

Рядом называется совокупность этих двух последовательностей. Вообще, для обозначения ряда используется символ:

поскольку здесь указана исходная последовательность элементов ряда, а также правило суммирования.

В соответствии с этим говорится о сходимости числового ряда:

· числовой ряд сходится, если сходится последовательность его частичных сумм;

· числовой ряд расходится, если расходится последовательность его частичных сумм;

· числовой ряд сходится абсолютно, если сходится ряд из модулей его членов.

Если числовой ряд сходится, то предел последовательности его частичных сумм носит название суммы ряда:

Сумма числового ряда определяется как предел, к которому стремятся суммы первых n слагаемых ряда, когда n неограниченно растёт. Если такой предел существует и конечен, то говорят, что ряд сходится, в противном случае — что он расходится^[1]. Элементы ряда представляют собой комплексные числа (в частности, вещественные).

Пусть — числовой ряд. Число называется n-ой частичной суммой ряда .

Сумма (числового) ряда — это предел частичных сумм , если он существует и конечен. Таким образом, если существует число , то в этом случае пишут . Такой ряд называется сходящимся. Если предел частичных сумм не существует или бесконечен, то ряд называется расходящимся.

Дальнейшим обобщением понятия суммы ряда является понятие суммирующей функции ряда.

17 Необходимое условие сходимости ряда (Необходимый признак сходимости ряда):

Для сходимости ряда необходимо, чтобы последовательность была бесконечно малой.

Доказательство

По условию последовательность , а следовательно, и её остаток имеют общий конечный предел , но и поэтому , что равносильно бесконечной малости .

19 Признак сравнения — утверждение об одновременности расходимости или сходимости двух рядов, основанный на сравнении членов этих рядов.

Содержание

Формулировка

Пусть даны два знакоположительных ряда: и . Тогда, если, начиная с некоторого места ( ), выполняется неравенство: , то из сходимости ряда следует сходимость . Или же, если ряд расходится, то расходится и .

Доказательство

Обозначим частные суммы ряда . Из неравенств следует, что Поэтому из ограниченности вытекает ограниченность а из неограниченности следует неограниченность Справедливость признака вытекает из критерия сходимости для

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: