Алгоритм построения общего решения системы (5)
1) Найти все собственные значения матрицы A, т.е. числа
, удовлетворяющие уравнению:

Это уравнение имеет ровно
корней с учетом их кратности.
2) Найти все линейно независимые собственные и присоединенные к ним векторы матрицы А (их всего должно быть
).
3) Найти функции
линейно независимые решения системы (5). При этом используют следующие случаи.
а) Случай простого собственного значения
Если
простое собственное значение матрицы А и
соответствующий ему собственный вектор А, тогда числу
в фундаментальной системе решений ЛОДС (5) соответствует функция-столбец:

б) Случай кратного собственного значения
Если
кратное собственное значение матрицы А (кратности l) и
собственный
и присоединенные к нему линейно независимые векторы
(
, тогда числу
в фундаментальной системе решений системы (5) соответствуют функции-столбцы:
(6)
Замечание. Если
то матрица А имеет собственное значение
той же кратности
, что и число
. Построенные по формулам (6) функции будут в этом случае комплекснозначными. Выделив в каждой из них действительную и мнимую части, получим набор из
действительных линейно независимых решений ЛОДС (5), отвечающих паре собственных значений
в фундаментальной системе решений.
Примеры с решениями
Пример 1. Решить систему:

Решение. Это ЛОДС второго порядка. Решим по методу Эйлера:

Подставим в заданную систему:

Получим однородную систему линейных уравнений относительно
и
. Чтобы эта система имела ненулевое решение, определитель ее должен быть равен нулю:

Это характеристическое уравнение данной системы. Найдем его корни.

Значит, общее решение данной системы можно записать в виде:

где
и
произвольные постоянные, а
и
выразим через
и
при подстановке
и
в первое уравнение системы. Сначала найдем:

Подставим
в первое уравнение данной системы:

Разделим это равенство на 

Приравнивая коэффициенты при
и
, получим выражения для
и
через
и 

Следовательно, общее решение данной системы запишется в виде:


Пример 2. Решить систему:

Решение. Приведем данную систему к нормальному виду. Для этого сначала исключим 



(*)
Теперь
из уравнения (*) подставим в первое уравнение данной системы:

(**)
Полученные уравнения (*) и (**) составят систему в нормальном виде:

Решим эту систему методом Эйлера:


Определитель этой системы должен быть равным нулю:

Получим характеристическое уравнение данной системы. Найдем его корни:

Значит, общее решение данной системы можно записать в виде:

где
и
произвольные постоянные, а
и
выразим через
и
при подстановке
и
в первое уравнение системы. Для этого найдем

Подставим
в первое уравнение данной системы:

Разделим это равенство на 

Приравнивая коэффициенты при
и
, получим выражения
и
через
и 

Следовательно, общее решение данной системы запишется в виде:


Пример 3. Решить задачу Коши:

Решение. Решим систему методом Эйлера:

Подставим
в данную систему:

Определитель полученной системы должен быть равен нулю:

Получим характеристическое уравнение данной системы. Найдем его корни.

Значит, общее решение данной системы можно записать в виде:

где
и
произвольные постоянные, а
и
выразим через
и
при подстановке
и
в первое уравнение системы.
Для этого найдем 
Подставляем
в первое уравнение данной системы:

Приравнивая коэффициенты при
и
, получим выражения
и
через
и 

Следовательно, общее решение данной системы запишется в виде:

Найдем решение задачи Коши при начальных условиях:

Подставим в общее решение 

Значит, частным решением системы, удовлетворяющим начальным условиям, являются функции:


Пример 4. Решить систему:

Решение. Эта система третьего порядка относительно неизвестных функций
Решим ее матричным способом.
Обозначим матрицы-столбцы:
и
и матрицу из коэффициентов системы:

Тогда данную систему можно записать в матричном виде:

1) Найдем собственные значения
матрицы А из характеристического уравнения:


, т.е. 
2) Найдем собственные векторы А, соответствующие 

Получим ступенчатый вид Гаусса матрицы А.
Решим систему 

Пусть
тогда
Значит, собственный вектор 
3) Найдем присоединенные векторы
и
к вектору 

Получим ступенчатый вид Гаусса.
Пусть
тогда

Пусть

Итак,
первый присоединенный вектор к 
Найдем еще один присоединенный к
вектор
:

Получим ступенчатый вид Гаусса.
Пусть
тогда

Пусть

Итак,
второй присоединенный вектор к 
Векторы
линейно независимые.
4) Построим фундаментальную систему решений данной ЛОДС.


Следовательно, общее решение ЛОДС:



где
произвольные постоянные.

Пример 5. Решить систему:

Решение. Эта система третьего порядка относительно неизвестных функций
Решим ее матричным способом.
Обозначим матрицы-столбцы:
,
и матрицу из коэффициентов системы:

Тогда данную систему можно записать в матричном виде:

1) Найдем собственные значения
матрицы А из характеристического уравнения:


Получим
кратности 2 и 
2) Найдем собственные векторы А, соответствующие 

Получим ступенчатый вид матрицы А.

свободные неизвестные,
базисная неизвестная.
Пусть
тогда 
Итак, 
Пусть
тогда 
Итак, 
Получим
и
два линейно независимых собственных вектора, соответствующие значению 
3) Найдем собственный вектор матрицы А, соответствующий 

Получим ступенчатый вид Гаусса.
Пусть
Тогда 
свободная неизвестная,
базисные неизвестные.
Пусть
, тогда 
Итак,
третий собственный вектор, соответствующий 
Полученные векторы
линейно независимые.
4) Построим фундаментальную систему решений данной ЛОДС.


Следовательно, общее решение ЛОДС:


= 
где
произвольные постоянные.

Примеры
1. 
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10. 
11. 
12. 
13. 
14. 
15. 
Решить задачу Коши:
16. 
17. 
18. 
19. 
20. 
Ответы



















