清华大学微积分(高等数学)课件第21讲-简单常微分方程(一).ppt

作业P227习题8.11(2)(4)(6)(8).4.P236习题8.21(2)(4)(6).12/8/20231

第二十一讲简单常微分方程(一)一、微分方程的根本概念二、一阶常微分方程12/8/20232

十七世纪末，力学、天文学、物理学及工程技术提出大量需要寻求函数关系的问题。在这些问题中，函数关系不能直接写出来，而要根据具体问题的条件和某些物理定律，首先得到一个或几个含有未知函数的导数的关系式，即微分方程，然后由微分方程和某些条件把未知函数求出来。一、微分方程的根本概念12/8/20233

重力切向分力[解]12/8/20234

根据牛顿第二定律,得到注意到从而有微分方程初始条件定解条件定解问题12/8/20235

定义1:含有未知函数的导数的方程称为微分方程.未知函数是一元函数,含有未知函数的导数的微分方程称为常微分方程.未知函数是多元函数,含有未知函数的偏导数的微分方程称为偏微分方程.例如12/8/20236

例如二阶未知函数的导数的最高阶数称为微分方程的阶.定义2:(微分方程的阶)12/8/20237

未知函数及其各阶导数都是一次整式的微分方程称为线性微分方程.定义3:(线性与非线性)12/8/20238

定义4:(微分方程的解)称为微分方程的通解.微分方程的通解：12/8/20239

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微分方程的特解：一个常微分方程的满足定解条件的解称为微分方程的特解通解有时也写成隐式形式称为微分方程的通积分12/8/202311

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有n个定解条件12/8/202313

定义5:(积分曲线与积分曲线族)积分曲线族12/8/202314

二、一阶常微分方程的初等积分法所谓初等解法,就是用不定积分的方法求解常微分方程.初等解法只适用于假设干非常简单的一阶常微分方程,以及某些特殊类型的二阶常微分方程.12/8/202315

(一)变量可别离型(三)一阶线性方程(二)可化为可别离变量(五)全微分方程(四)伯努利(Bernoulli)方程(六)积分因子12/8/202316

两边积分通解别离变量这两个方程的共同特点是变量可别离型(一)别离变量法12/8/202317

(1)[解]两边积分别离变量即12/8/202318

(别离变量时,这个解被丢掉了!)于是得到方程通解12/8/202319

(2)[解]别离变量两端积分,得通解奇异解12/8/202320

(二)可化为可别离变量这两个方程的共同特点是什麽?可化为齐次型方程12/8/202321

求解方法这是什麽方程？可别离变量方程！12/8/202322

别离变量两端积分12/8/202323

取指数并且脱去绝对值由此又得到通解12/8/202324

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两端积分得通解12/8/202326

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(三)一阶线性微分方程12/8/202328

性质1：性质2：性质3：12/8/202329

性质4：性质5：12/8/202330

(1)如何解齐次方程？非齐次齐次可别离型！标准形式：什麽类型？一阶线性微分方程12/8/202331

别离变量是p(x)一个原函数不是不定积分！齐次通解解得注意：齐次通解的结构：12/8/202332

(2)用常数变异法解非齐次方程假定(1)的解具有形式将这个解代入(1),经计算得到12/8/202333

化简得到即12/8/202334

积分从而得到非齐次方程(1)的通解非齐次通解或12/8/202335

非齐次通解的结构：特解非齐次特解12/8/202336

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这是线性方程吗？是关于函数x=x(y)的一阶线性方程！[解]变形为：第一步:先求解齐次方程齐次方程通解是12/8/202338

第二步:用常数变异法解非齐次方程假设非齐次方程的解为代入方程并计算化简积分得通解12/8/202339