各类微分方程的解法.doc

南京林业大学
各类微分方程的解法
1.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
2.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
3.一阶线性微分方程解法
一般形式:dy/dx+P(x)y=Q(x)
先令Q(x)=0则dy/dx+P(x)y=0解得y=Ce－∫P(x)dx,再令y=ue－∫P(x)dx代入原方程
解得u=∫Q(x) e∫P(x)dxdx+C,所以y=e－∫P(x)dx［∫Q(x)e∫P(x)dxdx+C］
即y=Ce－∫P(x)dx+e－∫P(x)dx∫Q(x)e∫P(x)dxdx为一阶线性微分方程的通解
4.可降阶的高阶微分方程解法
①y(n)=f(x)型的微分方程
y(n)=f(x)
y(n-1)= ∫f(x)dx+C1
y(n-2)= ∫［∫f(x)dx+C1］dx+C2
依次类推,接连积分n次,便得方程y(n)=f(x)的含有n个任意常数的通解
②y”=f(x,y’) 型的微分方程
令y’=p则y”=p’,所以p’=f(x,p),再求解得p=φ(x,C1)
即dy/dx=φ(x,C1),所以y=∫φ(x,C1)dx+C2
③y”=f(y,y’) 型的微分方程
令y’=p则y”=pdp/dy,所以pdp/dy=f(y,p),再求解得p=φ(y,C1)
即dy/dx=φ(y,C1),即dy/φ(y,C1)=dx,所以∫dy/φ(y,C1)=x+C2
5.二阶常系数齐次线性微分方程解法
一般形式:y”+py’+qy=0,特征方程r2+pr+q=0
特征方程r2+pr+q=0的两根为r1,r2
微分方程y”+py’+qy=0的通解
两个不相等的实根r1,r2
y=C1er1x+C2er2x
两个相等的实根r1=r2
y=(C1+C2x)er1x
一对共轭复根r1=α+iβ,r2=α-iβ
y=eαx(C1cosβx+C2sinβx)

6.二阶常系数非齐次线性微分方程解法
一般形式: y”+py’+qy=f(x)
先求y”+py’+qy=0的通解y0(x),再求y”+py’+qy=f(x)的一个特解y*(x)
则y(x)=y0(x)+y*(x)即为微分方程y”+py’+qy=f(x)的通解
求y”+py’+qy=f(x)特解的方法:
① f(x)=Pm(x)eλx型
令y*=xkQm(x)eλx［k按λ不是特征方程的根,是特征方程的单根或特征方程的重根依次取0,1或2］再代入原方程,确定Qm(x)的m+1个系数
② f(x)=eλx［Pｌ(x)cosωx+Pn(x)sinωx］型
令y*=xkeλx［Qm(x)cosωx+Rm(x)sinωx］［m=max﹛ｌ,n﹜,k按λ+iω不是特征方程的根或是特征方程的单根依次取0或1］再代入原方程,分别确定Qm(x)和Rm(x)的m+1个系数

附
微分方程在物理学中的应用:
⑴找准合适的研究对象
⑵确定正确的数学模型
⑶联列合理的微分方程
⑷解出最佳的方程结果

执笔：缪张华
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