46191

Решение систем линейных дифференциальных уравнений матричным методом

Доклад

Математика и математический анализ

Часто в физике при решении определенных задач приходится сталкиваться с системами из 3 или 4 линейных дифференциальных уравнений. При решений таких систем удобно использовать матричный метод решения систем линейных дифференциальных уравнений. Часто матрица коэффициентов этих систем уравнений имеет симметричный вид.

Русский

2013-11-19

78 KB

42 чел.

Решение систем линейных дифференциальных уравнений матричным методом

М.В. Дубина (МГПУ им. И.П. Шамякина)

Научный руководитель – В.В. Шепелевич, доктор ф.-м. наук, профессор

Часто в физике при решении определенных задач приходится сталкиваться  с системами из 3 или 4 линейных дифференциальных уравнений. При решений таких систем удобно использовать матричный метод решения систем линейных дифференциальных уравнений. Часто матрица коэффициентов этих систем уравнений имеет симметричный вид.

Использование этого метода сводится к следующему алгоритму:

1.Приведение системы уравнений к виду:

2.Нахождение собственных значений  матрицы .

3.Осуществляем спектральное разложение , составляем систему матричных уравнений относительно  и решаем ее.

4.Решение в общем виде имеет вид:

В частных случаях компоненты матрицы можно выразить в отдельности и избежать решения системы матричных уравнений.

В физических задачах зачастую матрица коэффициентов имеет симметричный вид.

Теорема 1: Если матрица  симметрична, то симметрична и матрица , где  произвольные числа.

Доказательство: Для элементов матрицы имеем:

где  порядок матрицы. При  получаем .

Теорема 2: Если матрица  симметрична, то симметрична и матрица , где  произвольные числа.

Доказательство: Для элементов матрицы имеем:

где  порядок матрицы.

При  получаем  (поскольку  и ), отсюда .

Лемма 1: Если матрица коэффициентов  системы 2,3 или 4 дифференциальных уравнений симметричная, то и компоненты  матрицы  будут также симметричными матрицами.

Доказательство: Выразив каждый компонент матрицы  отдельно, для всех возможных случаев, получим либо:, либо . Тогда согласно теореме 1 лемма 1 является верной.

1. Ланкастер П. Теория матриц. – М.: Наука,1982. – С.148 – 174.

2. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. – М.: - С.124 – 133.

3. Матвеев Н.В. Методы интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений: Учебное пособие. 5-е изд., доп. – СПб.: Лань,2003 – С.653 – 782.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69238. Макроси 18.91 KB
  Перед записом макросу необхідно протестувати його елементи тому що при запису фіксуються всі дії в тому числі і помилкові. Потрібно визначити в яких умовах буде працювати макрос. Якщо макрос служить для форматування тексту або чисел то до початку запису необхідно виділити текст або числа.
69239. РЕАЛІЗАЦІЯ УМОВНИХ КОНСТРУКЦІЙ (ФУНКЦІЇ ЕСЛИ(), СЧЁТЕСЛИ(), СУММЕСЛИ() ТА УМОВНЕ ФОРМАТУВАННЯ) 19.76 KB
  Значеннями в комірках можуть бути числові дані в усіх різновидах логічні значення слова і фрази комірки можуть бути також порожні. Допустимі значення можна задавати як константою так і формулою. Вираз умова подається у вигляді: точного значення якому і мають задовольняти...
69243. Системи трудового і професійного навчання 201.5 KB
  Системи трудового і професійного навчання Поняття системи трудової підготовки. Історія виникнення основних систем трудового і професійного навчання: предметної предметно-операційної операційної операційно-предметної системи ЦШ операційно-комплексної тощо.
69244. Особливості процесу трудової, профільної і професійної підготовки 128.5 KB
  Проілюструємо на деякому фактичному матеріалі готовність учнів до розуміння будови принципу дії деревообробних та металорізальних верстатів та явищ що супроводжують процес різання матеріалів.
69245. Зміст трудового, профільного і професійного навчання 185.5 KB
  Аналіз сучасного змісту трудового профільного і професійного навчання в школі відповідно до Державних стандартів середньої освіти та структури загальноосвітньої школи. Характеристика змісту трудового навчання в початковій основній і старшій школі.
69246. Дидактичні принципи трудового навчання 57.5 KB
  Дидактичні принципи трудового навчання Поняття про загальні принципи трудової підготовки. Характеристика загальних принципів трудової підготовки: гуманізації індивідуалізації та диференціації політехнічна спрямованість трудової підготовки поєднання навчання з трудовою діяльністю тощо.