Використання диференціальних рівнянь в біології і математичних обчисленнях, Побудова диференціальних рівнянь з заданими параметричними сімействами кривих - Математичне моделювання та диференціальні рівняння

Біологія. Необхідно знайти залежність площі молодого листка, що має форму круга, від часу. Відомо, що швидкість зміни площі в момент пропорцією площі листка, довжини його ободу та косинусу кута між падаючим на листок сонячним променем і вертикаллю листка. Маємо модель:

де (1.25)

- const, , - коефіцієнт пропорційності; розв'язуючи рівняння (1.25) ми отримаємо таку залежність:

(1.26)

Математика. Обчислити невласний інтеграл

(1.27)

Залежний від параметра.

Знайдемо похідну:

Отримали диференціальне рівняння

(1.28)

При цьому відомо:

(1.29)

Розв'язуючи задачу Коші (1.28),(1.29), отримаємо:

(1.30)

Побудова диференціальних рівнянь з заданими параметричними сімействами кривих

Припустимо, що задано однопараметричне сімейство кривих:

(1.31)

Задача полягає в тому, щоб знайти диференціальне рівняння, розв'язками якого являються криві (1.31). Вважаючи, що функція (1.31) має повну похідну за x запишемо:

(1.32)

Тоді з (1.31) та (1.32) як з системи рівнянь, вилучаємо сталу і отримаємо шукане диференціальне рівняння першого порядку.

Якщо ж задано - параметричне сімейство кривих:

(1.33)

То до (1.33) додаються дані співвідношення:

(1.34)

З(1.33) та (1.34), як з системи рівнянь, кількість яких, вилучаються сталі і отримане таким чином співвідношення між

(1.35)

І буде шуканим диференціальним рівняння - го порядку.

В (1.32) та (1.34) означають частинні похідні відповідних порядків за вказаними змінними. При цьому припускаємо, що похідні існують, тобто функції (1.32) та (1.34) являються диференційовними відповідну кількість разів.

Аналогічно поступають і при складанні систем рівнянь.

Приклад 1. Знайти диференціальне рівняння першого порядку, розв'язками якого буде однопараметричне сімейство

(1.36)

Розв'язання. Продиференціюємо за праву частину нашого співвідношення в припущенні, що.

(1.37)

Враховуючи (1.36) рівність (1.37) перепишемо таким чином:

(1.38)

З (1.38) знаходимо С

І підставивши в (1.36) отримаємо шукане диференціальне рівняння

(1.39)

Приклад 2. Знайти диференціальне рівняння другого порядку, розв'язками якого буде двопараметричне сімейство

(1.40)

Розв'язання. Згідно описаного вище складаємо систему рівнянь:

(1.41)

З якої вилучивши і знаходимо шукане диференціальне рівняння:

(1.42)

Похожие статьи




Використання диференціальних рівнянь в біології і математичних обчисленнях, Побудова диференціальних рівнянь з заданими параметричними сімействами кривих - Математичне моделювання та диференціальні рівняння

Предыдущая | Следующая