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一阶线性微分方程

Kamimika...大约 1 分钟学习笔记

一阶线性微分方程

一阶线性齐次微分方程 (1-LH)

y+P(x)y=0 y' + P(x) y = 0

变形得可分离变量方程

dydx=P(x)y \dfrac{dy}{dx} = -P(x)y

dyy=P(x)dx \dfrac{dy}{y} = -P(x) dx

lny=P(x)dx+C \ln |y| = -\int P(x) dx + C

y=CeP(x)dx y = Ce^{-\int P(x) dx}

一阶线性非齐次微分方程 (1-LNH)

y+P(x)y=Q(x) y' + P(x) y = Q(x)

1-LH 可看成 1-LNH Q(x)0Q(x) \equiv 0 的特例 使用常数变易法: 将 CC 作为关于 xx 的函数

y=C(x)eP(x)dx y = C(x)e^{-\int P(x) dx}

代入方程得

dCdxeP(x)dx+C(x)eP(x)dx[P(x)]+P(x)y=Q(x) \dfrac{dC}{dx} e^{-\int P(x) dx} + C(x) e^{-\int P(x) dx} [-P(x)] + P(x)y = Q(x)

dCdxeP(x)dx=Q(x) \dfrac{dC}{dx} e^{-\int P(x) dx} = Q(x)

dCdx=Q(x)eP(x)dx \dfrac{dC}{dx} = Q(x) e^{\int P(x) dx}

xx 求积分

C(x)=Q(x)eP(x)dxdx+C C(x) = \int Q(x) e^{\int P(x) dx} dx + \mathop{C}\limits^-

回代得通解

y=eP(x)dx[Q(x)eP(x)dxdx+C] y = e^{-\int P(x) dx} [\int Q(x) e^{\int P(x) dx} dx + \mathop{C}\limits^-]

警告

此公式需要记忆 注意和线性微分方程#刘维尔公式区别

伯努利方程

y+P(x)y=Q(x)yα y' + P(x)y = Q(x) y^\alpha

同时除以 yαy^\alpha

yαy+P(x)y1α=Q(x) y^{-\alpha} y' + P(x) y^{1-\alpha} = Q(x)

z=y1αz = y^{1-\alpha}z=(1α)yαyz' = (1-\alpha) y^{-\alpha} y', y=yα1αzy' = \dfrac{y^\alpha}{1-\alpha} z' 代入得

z1α+P(x)z=Q(x) \dfrac{z'}{1-\alpha} + P(x) z = Q(x)

变为 1-LNH 求解

注意

不要忘了反解 zzyy

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贡献者: wzh656
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