一階常微分方程解法總結

2021-07-25 08:48:14 字數 2092 閱讀 2793

**一階微分方程的解法

一、可分離變數的方程

(1)、形如

當時,得到,兩邊積分即可得到結果;

當時,則也是方程的解。

例1.1、

解:當時,有,兩邊積分得到

所以顯然是原方程的解;

綜上所述,原方程的解為

(2)、形如

當時,可有,兩邊積分可得結果;

當時,為原方程的解,當時,為原方程的解。

例1.2、

解:當時,有兩邊積分得到

,所以有;

當時,也是原方程的解;

綜上所述,原方程的解為。

2、可化為變數可分離方程的方程

(1)、形如

解法:令,則,代入得到為變數可分離方程,得到再把u代入得到。

(2)、形如

解法:令,則,代入得到為變數可分離方程,得到再把u代入得到。

(3)、形如

解法:、,轉化為,下同①;

、,的解為,令

得到,,下同②;

還有幾類:

以上都可以化為變數可分離方程。

例2.1、

解:令,則,代入得到,有

所以,把u代入得到。

例2.2、

解:由得到,令,有,代入得到

,令,有,代入得到,化簡得到,,有,所以有,故代入得到

3、一階線性微分方程

一般形式:

標準形式:

解法:1、直接帶公式:

2、積分因子法:

, 3、ivp:,

例3、解:化簡方程為:,則

代入公式得到

所以,四、恰當方程

形如解法:先判斷是否是恰當方程:

如果有恆成立,那麼原方程是個恰當方程,找出乙個 ,

有;例4、

解:由題意得到,

由得到,原方程是乙個恰當方程;

下面求乙個

由得,兩邊對y求偏導得到,得到,有,

故,由,得到

五、積分因子法

方程,那麼稱是原方程的積分因子;積分因子不唯一。

(1)當且僅當,原方程有只與x有關的積分因子,且為,兩邊同乘以,化為恰當方程,下同(4)。

(2)當且僅當,原方程有只與y有關的積分因子,且為,兩邊同乘以,化為恰當方程,下同(4)。

例5.1、

解:由得,且有,有,原方程兩邊同乘,得到化為,得到解為

例5.2、

解:由題意得到,,有

有,有,原方程兩邊同乘,得到,得到原方程的解為:

六、貝努力方程

形如,解法:令,有,代入得到,下同(3)

例6、解:令,有,代入得到,則,

有,,把u代入得到.

七、一階隱式微分方程

一般形式:,解不出的稱為一階隱式微分方程。

下面介紹四種型別:

①、形如,

一般解法:令,代入得到,兩邊對x求導得到,這是關於x,p的一階線性微分方程,仿照(3),

1、得出解為,那麼原方程的通解為

2、得出解為,那麼原方程的通解為

3、得出解為,那麼原方程的通解為

②、形如

一般解法:令,代入有,兩邊對y求導,得到,此方程是一階微分方程,可以按照以上(1)—(5)求出通解,那麼原方程的通解為

③、形如

一般解法:設,,兩邊積分得到,於是有原方程的通解為

④、形如

一般解法:設,由關係式得,有,兩邊積分得到,於是有

例7.1

解:令,得到,兩邊對y求導,得到,

有,得到,於是通解為

例7.2

解:令,得到,兩邊對x求導,得到,有

,兩邊積分得到,於是通解為

例7.3

解:設有,所以

於是通解為

例7.4

解:設有,所以

於是通解為

八、裡卡蒂方程

一般形式:

一般解法:先找出乙個特解,那麼令,有,代入原方程得到 ,

化簡得到 ,為一階線性微分方程,解出

那麼原方程的通解為

例8 解:我們可以找到乙個特解,驗證:,代入滿足原方程。

令,,代入有,

化簡得到,,所以有

所以原方程的解為或

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