0%

【知识总结】 第八章-常微分方程

  • 本知识总结不提供完整的理论体系汇总,旨在给出概念的理解以及各类问题的思考框架
  • 笔记为个人整理,禁止商业用途
  • 如有疏漏,欢迎留言

可分离变量微分方程

  • 形式:可分离到等式两侧
  • 方法:分离变量至两次后,两端积分即可

齐次微分方程

  • 形式:
  • 思路:换元令
  • 注意:所有的换元操作在解出微分方程后都需要把原变量带回去,结果中的变量必须是原始的

一阶线性方程

  • 形式:
  • 思路
    • 背公式
    • 注意:因为是一阶微分方程,只带一个常数C,公式中的不定积分不需要带上常数

伯努利方程

  • 形式:
  • 思路
    • 换元令
    • 替换掉原式的即可转化为一阶线性方程

全微分方程

  • 形式有一阶连续偏导数,且
  • 思路:凑积分或偏积分求全微分的原函数,

对称情况

  • 形式:有可能出现的位置对调的情况
  • 思路:把来处理即可

可降阶的高阶微分方程

  • 一般只有三种形式
  • 思路分别对应如下
    • 反复积分降阶
    • 换元令,降阶为的一阶方程
    • 换元令,降阶为一阶方程

线性方程解的结构

  • 齐次方程
    • 方程的阶数即线性无关的解个数
    • 通解:阶数个线性无关的解的线性组合
  • 非齐次方程:非齐次方程的通解 = 非齐次方程的一个特解 + 对应齐次方程的通解
  • 叠加原理
    • 用的比较少
    • 指的是,已知两个非齐次微分方程的特解,则把两个非齐次方程右侧的x多项式相加后得到的非齐次方程的特解是
    • 不用背,按定义很容易推导

线性常系数齐次方程

  • 形式:
  • 求解步骤
    • 解特征方程(即k阶导换成k次方)
    • 每一重实根对应着一个线性无关的解,每一重复根对对应两个线性无关的解,对应如下
    • 单实根
    • 重实根
    • 单重复根对
    • k重复根对

线性常系数非齐次方程

  • 形式:
  • 求解步骤
    • 解对应齐次方程的通解
    • 寻找一个非齐次方程的特解
    • 利用线性方程解的结构,非齐次方程特解 + 齐次方程通解 = 非齐次方程通解
  • 非齐次方程特解求解方法
    • 已知
    • 是两个给定的次、次多项式
    • 设特解为
    • 为特征方程的复根对的重数
    • 是两个待定系数的次多项式
    • 特解待定系数带入原微分方程,算出特解

欧拉方程

  • 形式:
  • 思路
    • 这是关于线性微分方程,但不是常系数
    • ,则
    • 上面一条把关于阶导数换成了关于的阶导数。推导不难,但步骤比较繁琐,可以推但没必要,建议背下来直接使用。
    • 换元后变成关于关于的线性常系数微分方程,用前面的方法求解
    • 求解后把换回

已知通解求方程

  • 根据通解,求出
  • 消去上面的常量即可得到微分方程

微分方程应用题

  • 根据题干条件思考变量之间的微分关系
  • 列出微分方程
  • 求解微分方程