一阶微分方程解法ppt.ppt

1 10 2一阶微分方程 一阶微分方程的一般形式为 一阶方程的初值问题的数学模型为 根据方程本身的特点 一阶方程又可分为 一阶微分方程是最简单的方程 求解的方法主要是采用初等解法 即把微分方程的求解问题化为积分问题 2 一 变量可分离的方程 形如f y dy g x dx的一阶方程方程 称为变量已分 离的方程 形如y f x g y 的一阶方程方程 称为变量可分离的 方程 设g y 0 则方程可写成变量已分离的方程 若函数f与g连续 则两边分别对x与y积分 得 就为变量可分离方程的通解 其中c为任意常数 3 例2求方程y 2xy的通解 解分离变量 得 两边积分 得 于是原方程的通解为 例3求方程 的特解 满足初始条件 解分离变量 得 两边积分 得 于是原方程的通解为 4 又将初始条件 故满足初始条件的特解为 代入通解中 得 例4已知需求价格弹性为 1 Q2 且当Q 0时 p 100 试求价格p与需求Q的函数关系p f Q 解由需求价格弹性的定义 有 这是变量可分离的方程 移项化简 得 两边积分 得 5 即 又将初始条件Q 0时 p 100代入上式 得c1 100 故需求函数为 二 可化为变量可分离的方程 1 齐次方程 的一阶方程 称为齐次微分方程 简称 形如 齐次方程 引入新的变换 就可将齐次方程化为变量可分离的方程 6 分离变量 得 若u f u 0 两端积分 得 于是 得 将变量还原 便可得原方程的通解 例5求方程 的通解 解令 代入原方程 得 则得 7 分离变量 得 两端积分 得 例6求方程 的通解 解将方程恒等变形 则得 8 代入原方程 得 分离变量 得 两端积分 得 9 三 一阶线性微分方程 形如y p x y q x 的方程 称为一阶线性微分方程 若q x 0 则称方程y p x y 0 为一阶齐次线性微分方程 若q x 0 则称方程y p x y q x 为一阶非齐次线性微分方程 1 一阶齐次线性微分方程的通解 方程y p x y 0 是变量可分离的方程 其通解为 其中c为任意常数 10 2 一阶非齐次线性微分方程的通解 的解 但其中的c为x的待定函数 将y与y 代入方程y p x y q x 并整理 得 一阶非齐次线性微分方程y p x y q x 是齐次方程 的一般情况 我们可以设想非齐次线性微分方程有形如 两端积分 得 2020 3 18 11 可编辑 12 于是 一阶非齐次线性微分方程的通解为 注1此公式是求非齐次线性微分方程的通解公式 它是由齐次线性方程的通解与非齐次线性方程的一个特解相加而成的 这也是线性微分方程解的一个性质 注2把齐次线性方程通解中的任意常数c变易为待定函数c x 使其满足非齐次线性方程而求出的c x 从而得到非齐次线性方程通解的方法称为 常数变易法 是求解线性微分方程的一种常用的重要方法 13 例7求方程 解将方程改写为 的通解 先求齐方程 的通解 分离变量 得 两端积分并整理 得齐方程的通解 用常数变易法求非齐次线性方程的通解 14 故原方程的通解为y ex c x 1 2 将y与y 代入方程 并整理 得 两端积分 得 例8求方程 sin2y xcoty dy dx的通解及满足初始条件y x 1 2的特解 解将方程改写为 所以由非齐次线性方程的通解公式 得 15 将初始条件x 1 y 2代入上式 得c 1 故满足初始条件的特解为x siny 1 cosy 16 3 贝努里方程 n 0 1 的方程称为贝努里方程 这种方程 虽然不是线性的 但是采用变量变换的方法 就可将其化为一阶线性方程 事实上 在方程的两端同除以 得 形如 利用微分的性质 方程也可写成 17 求出此方程的通解 并将变量代回 便可得到贝努里方程的通解 例9求方程y xy x3y2的通解 解将方程改写为 所以由非齐次线性方程的通解公式 得 18 19 例10设可微函数f x 满足 解为了求f x 在等