专转本数学微分方程8.1.ppt

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1、微分方程第一节微分方程的基本概念第二节一阶微分方程第三节可降阶的高阶微分方程第四节(*)二阶常系数线性微分方程第一节微分方程的概念一.实例例1.曲线过(0,1),且曲线上每个点处的切线斜率等于该点的横坐标,求此曲线方程.设曲线方程为y=y(x),则例2.质量为m的物体自由落下,t=0时,初始位移和初速度分别为求物体的运动规律.则设运动方程为S=S(t),两次积分分别得出:条件代入:二.概念1.微分方程:含有未知函数的导数或微分的方程.未知函数为一元函数的微分方程称为常微分方程.(前例)未知函数为多元函数的

2、微分方程称为偏微分方程.本章内容2.阶:未知函数的最高阶导数的阶数.例1是一阶微分方程,例2是二阶微分方程.n阶方程一般形式:必须出现3.解:如果将函数y=y(x)代入方程后恒等,则称其为方程的解.如果解中含有任意常数,且个数与阶数相同通解不含任意常数的解特解必须独立n阶方程通解一般形式:4.定解条件:确定通解中任意常数值的条件.定解条件的个数要和阶数相同,才能确定唯一特解;定解条件中自变量取相同值时,叫做初始条件.5.几何意义:通解积分曲线族特解积分曲线例:验证是的通解对用隐函数求导法得:故是方程的解,

3、且含有一个任意常数.通解第二节一阶微分方程本节介绍一阶微分方程的基本类型和常见类型.一阶微分方程一般形式:我们研究其基本形式:如果可化成:(1)则(1)称为可分离变量的方程.解法:1.分离变量:2.两边积分:3.得出通解:只写一个任意常数一、可分离变量的方程例:任意常数,记为C绝对值号可省略定解条件代入:C=2故特解为:二.齐次方程的解法如果方程(1)可化成:齐次方程解法:令化成可分离变量方程.例:三.一阶线性方程微分方程一般形式:(2)(3)一阶线性齐次方程一阶线性非齐次方程自由项方程(3)是可分离变量

4、方程,其通解为:方程(2)的通解常数变易法设(2)的通解:代入方程(2):则方程(2)的通解:(4)注:1.一阶线性非齐次方程的通解可用常数变易法或公式(4)计算皆可;.2.公式(4)中不定积分只求一个原函数即可;3.非齐次方程的特解齐次方程的通解非齐次方程解的结构例:例:求方程满足初始条件的特解.将y视为自变量,可以变成关于x的线性方程:由得:故所求特解为:四.伯努利方程一般形式为:当n=0或1时,这是线性方程.当时,可以化成线性方程:两端同除以令则关于z的线性方程求出通解后再还原回y的方程称为伯努利方

5、程例:两端同除以令代入通解为五.全微分方程对于微分方程则通解为全微分方程注:(1).当P(x,y),Q(x,y)在单连域D内具有一阶连续偏导数,且时,上述方程为全微分方程.(2).(3).对于非全微分方程,有时可以找到函数,使得全微分方程积分因子(4).观察法往往很实用.例:因为全微分方程取解法一:解法二:例:非全微分方程由于则是积分因子,同乘以积分因子并积分得通解:易知也是积分因子例:非全微分方程变形则是积分因子,注意:其他类型的微分方程往往可以化成上述类型例:视x为y函数,可化成线性方程通解为: