微分方程的经典解法(微分方程经典解法的原理)

http://www.itjxue.com  2023-01-24 19:59  来源:未知  点击次数: 

二阶微分方程解法总结有哪些?

二阶微分方程解法总结:可以通过适当的变量代换,把二阶微分方程化成一阶微分方程来求解。具有这种性质的微分方程称为可降阶的微分方程,相应的求解方法称为降阶法。

微分方程解法总结:

一、g(y)dy=f(x)dx形式,可分离变量的微分方程,直接分离然后积分。

二、可化为dy/dx=f(y/x)的齐次方程,换元分离变量。

三、一阶线性微分方程,dy/dx+P(x)y=Q(x)先求其对应的一阶齐次方程,然后用常数变易法带换u(x);得到通解y=e^-∫P(x)dx{∫Q(x)[e^∫P(x)dx]dx+C}。

约束条件:

常微分方程常见的约束条件是函数在特定点的值,若是高阶的微分方程,会加上其各阶导数的值,有这类约束条件的常微分方程称为初值问题。

若是二阶的常微分方程,也可能会指定函数在二个特定点的值,此时的问题即为边界值问题。若边界条件指定二点数值,称为狄利克雷边界条件(第一类边值条件),此外也有指定二个特定点上导数的边界条件,称为诺伊曼边界条件(第二类边值条件)等。

微分方程的解怎么求啊?

微分方程的解根据方程类型而定,以下为具体解法。

一、一阶微分方程

1.可分离变量方程

若一阶微分方程y'=f(x,y)可以写成dy/dx=p(x)q(y),则称之为可分离变量方程,分离变量得dy/q(y)=p(x)dx,两边积分∫dy/q)(y)=∫p(x)dx即可得到通解。

2.齐次方程

将齐次方程通过代换将其化为可分离变量方程。令u=y/x,即y=ux,则dy/dx=u+x*du/dx,齐次方程dy/dx=φ(y/x)化为u+x*du/dx=φ(u),分离变量得du/φ(u)-u=dx/x,两边积分

∫du/φ(u)-u=∫dx/x后即得齐次方程的通解。

3.一阶线性方程

对于一阶线性方程y'+P(x)y=Q(x)的通解为y=?e ^-∫P(x)dx (∫Q(x)*e ^∫P(x)dx+C)

4.伯努利方程

伯努利方程y'+P(x)y=Q(x)y^n(n∈R,n≠0,1)的通解为z=y^1-n=?e ^-∫(1-n)P(x)dx (∫(1-n)Q(x)*e ^∫(1-n)P(x)dx dx+C)

二、可降阶的二阶微分方程

y”=f(x)型方程——缺y,y'

对于此类方程,只要连续积分两次,即可得原方程的通解.

y”=f(x,y')型方程——缺y

令y'=p,则y''=p'=dp/dx,原方程降为p(x)的一阶方程p'=f(x,p).设其通解为

p=φ(x,C1),即y'=φ(x,C1),两边积分即可得原方程的通解y= ∫φ(x,C1)dx+C2.

y”=f(y,y’)型方程——缺x

具体变换过程如下:

令y'=p,则y''=p'=dp/dx=p*dp/dx,原方程降为一阶方程p*dp/dy=f(y,p)

设其通解为p=φ(y,C1),分离变量有?dy /φ(y,C1)=dx,两边积分即得其通解为

∫dy/φ(y,C1)x+C2

三、二阶线性微分方程

二阶常系数齐次线性方程y''+py'+qy=0,根据其特征方程r^2+pr+q=0根不同情况,其通解有以下三种形式:

(1)特征方程r2+pr+q=0有两个不相等的实根 r1,r2时,通解为Y=C1e^r1x+C2e^r2x

(2)特征方程r2+pr+q=0有两个相等的实根r时,通解为Y=(C+C2x)e^rx

(3)特征方程r2+pr+q=0有一对共轭复根r=a±iβ时,通解为Y=e^αx *(C1cos?βx+C2sin?βx).

求微分方程

微分方程求法如下:

1、可分离变量的微分方程解法。

2、齐次方程解法。

3、一阶线性微分方程解法。

4、可降阶的高阶微分方程解法。

可分离变量的微分方程解法:一般形式:g(y)dy=f(x)dx,直接解得∫g(y)dy=∫f(x)dx,设g(y)及f(x)的原函数依次为G(y)及F(x),则G(y)=F(x)+C为微分方程的隐式通解。

齐次方程解法:一般形式:dy/dx=φ (y/x),令u=y/x则y=xu,dy/dx=u+xdu/dx,所以u+xdu/dx=φ(u),即du/[φ(u)-u]=dx/x两端积分, 得∫du/[φ (u) -u]=∫dx/x,最后用 y/x代替u,便得所给齐次方程的通解。

一阶线性微分方程解法:形如y'+P(x)y=Q(x)的微分方程称为一阶线性微分方程,Q(x)称为自由项。一阶,指的是方程中关于Y的导数是一阶导数。线性,指的是方程简化后的每一项关于y、y'的指数为1。

微分方程解法总结是什么?

微分方程解法总结如下:

一、g(y)dy=f(x)dx形式,可分离变量的微分方程,直接分离然后积分。

二、可化为dy/dx=f(y/x)的齐次方程,换元分离变量。

三、一阶线性微分方程,dy/dx+P(x)y=Q(x)先求其对应的一阶齐次方程,然后用常数变易法带换u(x);得到通解y=e^-∫P(x)dx{∫Q(x)[e^∫P(x)dx]dx+C}。

来源及发展:

微分方程研究的来源:它的研究来源极广,历史久远。牛顿和G.W.莱布尼茨创造微分和积分运算时,指出了它们的互逆性,事实上这是解决了最简单的微分方程y'=f(x)的求解问题。当人们用微积分学去研究几何学、力学、物理学所提出的问题时,微分方程就大量地涌现出来。

牛顿本人已经解决了二体问题:在太阳引力作用下,一个单一的行星的运动。他把两个物体都理想化为质点,得到3个未知函数的3个二阶方程组,经简单计算证明,可化为平面问题,即两个未知函数的两个二阶微分方程组。用叫做“首次积分”的办法,完全解决了它的求解问题。

(责任编辑:IT教学网)

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