【高等数学】第五章 常微分方程
  W7xauqsNtuHG 2023年11月02日 47 0

1 常微分方程的基本概念

引入概念:

【高等数学】第五章 常微分方程_特解


求解过程:

[1] 根据题目可以写出以下关系式:

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_02


[2]对导数式两端同时积分:

【高等数学】第五章 常微分方程_特解_03


[3]根据曲线过点(1,2)得:

【高等数学】第五章 常微分方程_夏明亮_04


概念定义:

【1】将方程中含有未知函数、未知函数的导数(或微分)和自变量的方程式叫做微分方程

【2】常微分方程:未知方程是一元函数。偏微分方程:未知函数是多元函数。

【3】微分方程的阶:微分方程中出现的未知函数的最高阶导数的阶数。

【高等数学】第五章 常微分方程_通解_05


【4】微分方程的解:解出的未知函数就是微分方程的解。

【5】微分方程的通解:微分方程的解中包含任意常数(常数的个数应该等于该微分方程的阶数)是这样的解叫通解。

【6】微分方程的特解:根据给出的条件解出了通解中的所有常数后得到的解就是特解。

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_06


2 一阶微分方程

形如:F(x,y,y') = 0的方程。

其通解形式为:y = y(x,C)或f(x,y,C)=0。

2.1 可分离变量微分方程

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_07


解法:

【高等数学】第五章 常微分方程_通解_08


【例】

【高等数学】第五章 常微分方程_特征方程_09


解:

【高等数学】第五章 常微分方程_特解_10


2.2 齐次方程

【高等数学】第五章 常微分方程_特解_11


【例】

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_12


解:

化简 + 换元 + 分离变量

【高等数学】第五章 常微分方程_通解_13


两边积分并计算

【高等数学】第五章 常微分方程_夏明亮_14


2.3 一阶线性微分方程(大题一道)

形如:

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_15


齐次:

【高等数学】第五章 常微分方程_夏明亮_16


非齐次:

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_17


通解结论:

【高等数学】第五章 常微分方程_通解_18


3 可降阶二阶微分方程

3种类型。

解中的常数有2个。

3.1 y‘’ = f(x)型微分方程

解法:移项后等式两边同时解定积分。

3.2 y‘’ = f(x, y')型微分方程

解法:u是关于x的函数u(x)

令u = y'转化为一阶线性(非)齐次微分方程;解得u

再将u中的常数C_1用f(x)替换;根据u=y'得u' = y'';解得f(x)

再将f(x)带入u即解得y'

最后根据上一步中y‘等式两边同时取定积分得方程的解。

3.3 y‘’ = f(y', y'')型微分方程

解法:

与y‘’ = f(x, y')型相同;只是u看作是u(y)即可

4 二阶线性微分方程解的结构

二阶线性微分方程的一般形式:

【高等数学】第五章 常微分方程_夏明亮_19


4.1 两个函数的线性相关性

【高等数学】第五章 常微分方程_特解_20


4.2 二阶线性齐次微分方程解的结构

定理1:

【高等数学】第五章 常微分方程_特征方程_21


定理2:

【高等数学】第五章 常微分方程_特解_22


4.3二阶线性非齐次微分方程解的结构

定理3:

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_23


5 二阶常系数线性微分方程

5.1 有关一元二次方程根的一些结论

一元二次方程求根的方法有:

【高等数学】第五章 常微分方程_夏明亮_24


方法1:可因式分解时:

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_25


方法2:不方便因式分解时使用求根公式:

【高等数学】第五章 常微分方程_特解_26


共轭复根:

【高等数学】第五章 常微分方程_特征方程_27


因此,根据以上的定义;

【高等数学】第五章 常微分方程_特征方程_28


5.2 二阶常系数线性齐次微分方程

【高等数学】第五章 常微分方程_夏明亮_29


解的过程:

【高等数学】第五章 常微分方程_特解_30


结论:

【高等数学】第五章 常微分方程_通解_31

例题:

【1】

【高等数学】第五章 常微分方程_特征方程_32

解:

首先写出微分方程对应的特征方程:

【高等数学】第五章 常微分方程_特征方程_33


然后解方程:

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_34


特征方程有2个不等实根;根据二阶常系数线性齐次微分方程的通解公式得通解:

【高等数学】第五章 常微分方程_通解_35


【2】

【高等数学】第五章 常微分方程_夏明亮_36

解:

首先写出特征方程:

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_37


然后解方程:

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_38


特征方程有一对共轭复根;根据二阶常系数线性齐次微分方程的通解公式得通解:

【高等数学】第五章 常微分方程_特解_39


【3】

【高等数学】第五章 常微分方程_常微分方程_40


首先写出特征方程:

【高等数学】第五章 常微分方程_特征方程_41


然后解方程:

【高等数学】第五章 常微分方程_通解_42


特征方程有2个相等实根(二重根);根据二阶常系数线性齐次微分方程的通解公式得通解:

【高等数学】第五章 常微分方程_夏明亮_43


以上就是常微分方程的全部内容。

本人能力有限,文中内容难免有纰漏,真诚欢迎大家斧正~

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最后一次编辑于 2023年11月08日 0

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