常微分方程

什么是常微分方程:

未知函数为单变量(一元)函数

例1 设有温度为100摄氏度的物体放置在20摄氏度的空气冷却,求物体温度随时间

变化 的规律。

解:设t时刻物体温度为T

\frac{dT}{dt}=-k(T-20)

T\mid _{t=0}=100

\frac{dT}{T-20}=-kdt

对两边求共积分

\int \frac{dT}{T-20}=\int -kdt+C_{1}

设比例系数为k>0

ln(T-20)=-kt+C_{1}

ln(T-20)=lne^{-kt+C_{1}}

T-20=e^{C_{1}}e^{-kt}

令C=e^{c_{1}},

T=20+Ce^{-kt}

T=20+80e^{-kt}

微分方程:

联系着自变量、因变量及因变量导数,或微分的方程称为微分方程

常微分方程:

它所讨论的函数都是一元函数。

未知函数是一元函数。

偏微分方程:未知函数是多元函数。

什么样的方程称为可分离变量方程?

\frac{dy}{dx}=f(x)g(y)

特点

1、已解出一阶导数。

2、右端是一个x的一元函数,和一个y的一元函数的乘积。

如何求解?

\frac{dy}{g(y)}=f(x)dx 将x,y分离在两边,叫分离变量

然后将两边求积分。

\int \frac{dy}{g(y)}=\int f(x)dx+C

化简即得:得到通解。

齐次方程

\frac{dy}{dx}=g(\frac{y}{x})

解法 变量替换法,令u=\frac{y}{x}

则 y=ux

x\frac{du}{dx}+u=g(u)

\frac{du}{dx}=\frac{1}{x}(g(u)-u)

例 3

\frac{dy}{dx}=\frac{y}{x}+tan\frac{y}{x}

解:令 u=\frac{y}{x},则y=ux

x\frac{du}{dx}+u=u+tanu

\frac{cosu}{sinu}du=\frac{1}{x}dx

ln|sinu|=ln|x|+ln|c|

sinu=cx

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