常微分方程恰当方程.ppt

常微分方程恰当方程 第一页，课件共39页 本节课我们讨论另外一类可用初等解法求解的方程类型，为此将一阶微分方程的 正规形式（显式方程形式） 改写成 或更加一般的微分形式: 这种形式的优点是既可以把y看成未知函数，x看成自变量；也可以把x看成未知函数，y看成自变量；即变量x、y在方程中的地位是平等对称的，因此微分形式的方程也被称为对称形式微分方程。 注：在实际解题过程中，x、y经常被看成一个二元函数的两个自变量，其地位平等。 第二页，课件共39页 一、恰当方程的定义及条件 如果我们恰好碰见了方程 就可以马上写出它的隐式解 第三页，课件共39页 定义1 则称微分方程 是恰当方程. 如 是恰当方程. 1 恰当方程的定义 第四页，课件共39页 需考虑的问题 (1) 方程(1)是否为恰当方程? (2) 若(1)是恰当方程,怎样求解? (3) 若(1)不是恰当方程,有无可能转化为恰当方程求解? 2 方程为恰当方程的充要条件 定理1 为恰当方程的充要条件是 第五页，课件共39页 证明 “必要性” 设(1)是恰当方程, 故有 从而 故 第六页，课件共39页 “充分性” 即应满足 第七页，课件共39页 因此 事实上 第八页，课件共39页 故 (8) 注:若(1)为恰当方程,则其通解为 第九页，课件共39页 二、恰当方程的求解 1 不定积分法 例1 验证方程 是恰当方程,并求它的通解. 第十页，课件共39页 解: 故所给方程是恰当方程. 第十一页，课件共39页 即 积分后得: 故 从而方程的通解为 第十二页，课件共39页 2 分组凑微法 采用“分项组合”的方法,把本身已构成全微分的项分出来,再把余的项凑成全微分. ---应熟记一些简单二元函数的全微分. 如 第十三页，课件共39页 第十四页，课件共39页 例2 求方程 的通解. 解: 故所给方程是恰当方程. 把方程重新“分项组合”得 即 或写成 故通解为: 第十五页，课件共39页 例3 验证方程 是恰当方程,并求它满足初始条件y(0)=2的解. 解: 故所给方程是恰当方程. 把方程重新“分项组合”得 即 第十六页，课件共39页 或写成 故通解为: 故所求的初值问题的解为: 第十七页，课件共39页 3 线积分法 定理1充分性的证明也可用如下方法: 由数学分析曲线积分与路径无关的定理知: 第十八页，课件共39页 从而(1)的通解为 第十九页，课件共39页 例4 求解方程 解: 故所给方程是恰当方程. 第二十页，课件共39页 故通解为: 第二十一页，课件共39页 三、积分因子 非恰当方程如何求解? 对变量分离方程: 不是恰当方程. 是恰当方程. 第二十二页，课件共39页 对一阶线性方程: 不是恰当方程. 则 是恰当方程. 可见,对一些非恰当方程,乘上一个因子后,可变为恰当方程. 第二十三页，课件共39页 1 定义 例5 解: 对方程有 第二十四页，课件共39页 由于 把以上方程重新“分项组合”得 即 第二十五页，课件共39页 也即 故所给方程的通解为: 2 积分因子的确定 即 第二十六页，课件共39页 尽管如此,方程 还是提供了寻找特殊形式积分因子的途径. 第二十七页，课件共39页 变成 即 第二十八页，课件共39页