温故微分方程

1. 微分方程与普通方程

微分方程:

  • 包含未知函数的导数的方程;
  • 其解是函数;

普通方程:

  • 它的解是一个数,或者是一组数(多项式方程);

y′′+2y3y=0y1=e3xy2=ex

2. ODE 与 PDE

Linear 与 NonLinear 判断的标准而是,函数的 0 阶导,1 阶导,2 阶导,…,不存在彼此相乘(哪怕是自己的 n 次幂)的情况。

注意区分,d2yd2x(2 阶导) 与 (dydx)2(一阶导的二次,非线性)。

3. 可分离方程(Separable Equation)

dydx=x21y2(1y2)dy=x2dx

两边同时积分(与积分变量的名称无关) ⇒ 整理 ⇒ 3yy3=x3+c

4. exact equation

重温微积分 —— 偏微分与链式法则

xψ(x,y)=ψx+ψydydx

形如 M(x,y)+N(x,y)dydx=0,如果满足 ψx=M(x,y),ψy=N(x,y),则原式可进一步化为,ψx+ψydydx=0xψ(x,y)=0ψ(x,y)=c,就称这样的微分方程为 exact equation。

如何判断是否为 exact equation 呢,利用偏导数连续⇒ ψyx=ψxy

5. 恰当方程求解举例

ycosx+2xey+(sinx+x2ey1)y=0

简单求导可知其符合恰当方程的定义,ψxdx=(ycosx+2xey)dx+f(y)(注意,最右的 f(y)),此时得到 ysinx+x2ey+f(y),又可根据 ψy=sinx+x2ey1f(y)=y+c

也即 ψ=ysinx+x2eyy+c,又原式(最开始提供的) ddxψ(x,y)=0ψ(x,y)=c

最终解得方程的解为:ysinx+x2eyy=c

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