例1 用逐次逼近法求初值问题
在初始区域,使误差不超过0.25的近似解.
解 该方程是非线性一阶微分方程.根据误差估计式(2)要确定在误差范围内的来,即要求出估计式(2)中的和.
取区域
由于在区域上
故
因此解的存在区间是
由于
故李普希兹常数由误差估计式(2)
取时即可.因为时,
第二次近似解就满足误差要求.取
在要求的误差范围内的近似解为
例2 初值问题
证明 在内,其解可用逐次逼近法,并求三次近似解.
解 该微分方程组是非线性的一阶微方程组,因为它含有未知函数的平方项.取
在所给区域上取,因为此时
故
故用逐次逼近法其解存在区间为.
求第三次近似解
取时,,于是一阶微分方程组的等价积分方程组为
例3 判断方程奇点的类型
解 因为
的系数的行列式有唯一的.即(16)有唯一的奇点(0,0).
将(16)化成约当型.先求特征根得
其次求,的特征向量满足方程:
取,则.故
特征向量为.对应的特征向量满足方程:
取则.故的特征向量为.
由于两特征向量线性无关,故矩阵为
由求逆矩阵的方法可知为
故
由于,故;
由于,所以
即
在平面上有奇点(o、o),由于特征根是不等的负实根,故在平面上有奇点(o、o)是稳定的结点.
由于即
即
因此平面上坐标轴,变到平面上为两条直线:
由于方程组(10)的解为
又由于,即
故微分方程级(9)的通解为
(11)
当时,,奇点在平面上是稳定结点.
特别,当时, 代入(11)得,,故微分方程组(9)过点(1,2,0)的积分曲线为
消去得在平面上的轨线,对应于平面上的轴.其轨线方向由微分方程组(9)右端可得,它是指向原点.
特别:当时, 代入(11)得,故微分方程组(9)过点(3,14,0)的积分曲线为
消去得在平面上轨线为,对应于平面上的轴.而轨线方向由微分方程组(9)的右端可得它是指向原点.