- •010400.62 «Прикладная математика и информатика»
- •Введение
- •§1. Классификация интегральных уравнений
- •§2. Задачи, приводящие к интегральным уравнениям Вольтерра
- •Задача o таутохроне
- •Задачи Коши для дифференциальных уравнений первого порядка
- •3.Задача Коши для линейных уравнений высших порядков
- •4.Краевые задачи для дифференциальных уравнений
- •§3 Интегральные уравнения Вольтера как частный случай уравнений Фредгольма
- •§4. Решение интегральных уравнений Вольтерра методом дифференцирования
- •§5. Решение интегральных уравнений с помощью степенных рядов
- •§6. Решение интегральных уравнений Вольтерра методом последовательных приближений
- •Уравнение второго рода
- •Уравнения первого рода
- •§7. Интегральные уравнения Вольтерра с вырожденными ядрами
- •Уравнения Вольтерра второго рода
- •Уравнения Вольтерра первого рода
- •§8. Решение уравнений Вольтерра второго рода с помощью ряда Неймана
- •§9. Итерированные ядра и резольвента интегральных уравнений Вольтерра
- •!!!§10. Решение уравнений Вольтерра с разностными ядрами с помощью преобразования Лапласа
- •§11. Задачи для самостоятельного решения
- •Литература
- •Содержание
§3 Интегральные уравнения Вольтера как частный случай уравнений Фредгольма
Интегральные уравнения Вольтерра как первого так и второго рода
при некоторых ограничениях можно рассматривать как частный случай уравнений Фредгольма.
Чтобы показать это построим новое ядро
!!!
и запишем интегральное уравнение Фредгольма с этим ядром
.
П
t
t=x
0
Ядро H(x,t) равно нулю вне заштрихованной части квадрата, по которой берётся Фредгольмовский интеграл и оба интеграла вычисляются по заштрихованной области, следовательно, они равны т.е.
Однако интегральные урравнения Вольтерра обладают свойствами характерными только для них. Для них применимы некоторые методы решения и исследования, которые не применимы или имеют существенные ограничения для уравнений Фредгольма.
Пример 1. Для интегрального уравнения Вольтерра второго рода
записать эквивалентное интегральное уравнение Фредгольма.
Решение. Строим ядро
и записываем уравнение Фредгольма с этим ядром
которое и будет эквивалентным данному.
§4. Решение интегральных уравнений Вольтерра методом дифференцирования
Некоторые интегральные уравнения Вольтерра, как первого, так и второго рода решаются методом дифференцирования.
Рассмотрим уравнение Вольтерра второго рода
Продифференцируем данное уравнение
применив правило дифференцирования интеграла по параметру x (- переменная вне интеграла).
В случае вырожденных ядер можно применить правило дифференцирования произведения, предварительно вынося множитель зависящий только от из под интеграла.
Исключая неизвестный интеграл из двух уравнений, данного и полученного после дифференцирования, получим дифференциальное уравнение первого порядка. Если после первого дифференцирования исключить интеграл от неизвестной функции не удаётся можно попытаться осуществить исключение после n-кратного дифференцирования.
Особенно метод эффективен, если после n-кратного дифференцирования удаётся производную выразить через ядро . Это легко удаётся осуществить, например, для следующих функций и др.
Пример 2. Найти решение уравнения Вольтерра второго рода
Решение. Дифференцируем данное уравнение
и решаем полученное дифференциальное уравнение
при начальном условии находим значение постоянной
Ответ:
Проверка. Найденную функцию подставляем в исходное уравнение
и вычислив интегралы, получим тождество
Следовательно, эта функция удовлетворяет заданному равнению и является его решением.
Пример 3. Найти решение уравнения Вольтерра первого рода.
.
Решение. Дифференцируем данное уравнение
и заменив неизвестный интеграл его значением из данного уравнения
найдём решение дифференциального уравнения.
Ответ: .
Проверка. Подставим полученную функцию в исходное уравнение
откуда получаем тождество