微分方程的应用举例..
微分方程在医学中的应用
微分方程在医学中的应用引言：微分方程是数学中的一种重要工具，广泛应用于各个领域。
在医学领域，微分方程的应用也非常广泛。
本文将探讨微分方程在医学中的应用，并介绍一些具体的例子。
主体：1. 生物医学工程：生物医学工程是将工程学的原理和方法应用于医学领域的学科。
微分方程在生物医学工程中发挥了重要作用。
例如，在心脏起搏器的设计中，可以使用微分方程来描述心脏的电活动和脉冲发放的机制。
这些微分方程可以帮助工程师设计出更加精确和可靠的起搏器，从而提高心脏病患者的生活质量。
2. 癌症治疗：微分方程在癌症治疗中也有重要的应用。
例如，在放射治疗中，可以使用微分方程来描述肿瘤细胞的生长和死亡过程，从而帮助医生确定合适的放射剂量和治疗方案。
此外，微分方程还可以用于预测肿瘤的生长速度和扩散范围，从而帮助医生制定更有效的治疗策略。
3. 心血管疾病：微分方程在研究心血管疾病方面也发挥了重要作用。
例如，在研究血流动力学过程中，可以使用微分方程来描述血液在心血管系统中的流动和压力变化。
这些微分方程可以帮助医生了解心血管疾病的发展机制，并指导治疗和预防措施的制定。
4. 神经科学：微分方程在神经科学中也有广泛的应用。
例如，在研究神经元的电活动和突触传递过程中，可以使用微分方程来描述神经元的动力学行为。
这些微分方程可以帮助科学家理解神经系统的工作原理，从而为治疗神经系统疾病提供理论基础。
结论：微分方程在医学中的应用广泛而重要。
它不仅可以帮助医生和工程师设计更好的医疗设备和治疗方案，还可以为科学家提供理论基础，深入研究人体的生理和病理过程。
通过对微分方程在医学中的应用的探索，我们可以更好地理解和治疗各种疾病，提高人类的健康水平。
参考文献：1. L. Perko, Differential Equations and Dynamical Systems, Springer, 2001.2. F. Verhulst, Nonlinear Differential Equations andDynamical Systems, Springer, 1996.3. H.W. Hethcote, "The Mathematics of Infectious Diseases," SIAM Review, vol. 42, no. 4, pp. 599-653, 2000.4. S. Busenberg and C. Castillo-Chávez, "A General Solution of the Problem of Mixing of Substances by Several Methods," SIAM J. Appl. Math., vol. 58, no. 5, pp. 1650-1688, 1998.5. E. Beretta and Y. Kuang, "Geometric Stability Switch Criteria in Delayed Differential Systems with Applications to Chemostat Models," SIAM J. Math. Anal., vol. 33, no. 6, pp. 1144-1165, 2002.。
微分方程在日常实际中的应用
微分方程在实际中的应用——以学习物理化学为例函数是客观事物的内部联系在数量方面的反映，利用函数关系又可以对客观事物的规律性进行研究，因此如何寻找出所需要的函数关系，在实践中具有重要意义。
在许多问题中，往往不能直接找出所需要的函数关系，但是根据问题所提供的情况，有时可以列出含有未知函数及其导数的关系式，如dy/dx=2x、ds/dt=0.4 ，这样的关系就是所谓微分方程，。
一般的、凡是表示未知函数、未知函数的导数与自变量之间的关系的方程，叫做微分方程。
如果一个微分方程中出现的未知函数只含一个自变量，这个方程叫做常微分方程，也简称微分方程。
如果一个微分方程中出现多元函数的偏导数，或者说如果未知函数和几个变量有关，而且方程中出现未知函数对几个变量的导数，那么这种微分方程就是偏微分方程。
20世纪以来，随着大量的边缘科学诸如电磁流体力学、化学流体力学、动力气象学、海洋动力学、地下水动力学等等的产生和发展，也出现不少新型的微分方程（特别是方程组）。
70年代随着数学向化学和生物学的渗透，出现了大量的反应扩散方程。
从“求通解”到“求解定解问题”数学家们首先发现微分方程有无穷个解。
常微分方程的解会含有一个或多个任意常数，其个数就是方程的阶数。
偏微分方程的解会含有一个或多个任意函数，其个数随方程的阶数而定。
总之，力学、天文学、几何学等领域的许多问题都导致微分方程。
在当代，甚至许多社会科学的问题亦导致微分方程，如人口发展模型、交通流模型……。
因而微分方程的研究是与人类社会密切相关的。
牛顿研究天体力学和机械力学的时候，利用了微分方程这个工具，从理论上得到了行星运动规律。
后来，法国天文学家勒维烈和英国天文学家亚当斯使用微分方程各自计算出那时尚未发现的海王星的位置。
这些都使数学家更加深信微分方程在认识自然、改造自然方面的巨大力量。
微分方程的理论逐步完善的时候，利用它就可以精确地表述事物变化所遵循的基本规律，只要列出相应的微分方程，有了解方程的方法。
微分方程在物理与工程领域中的应用
微分方程在物理与工程领域中的应用微分方程作为数学的一个重要分支，广泛应用于物理学和工程学等领域。
它通过描述变量之间的关系，提供了解决实际问题的数学工具。
本文将介绍微分方程在物理与工程领域中的应用，并探讨其在不同领域中的具体应用案例。
一、力学中的微分方程应用力学是物理学的基础学科，微分方程在力学中的应用尤为广泛。
例如，在描述物体运动的动力学中，牛顿第二定律常被表示为微分方程形式：F=ma，其中F是物体所受的力，m是物体的质量，a是物体的加速度。
这个微分方程可以用来解决各种力学问题，例如自由落体、简谐振动等。
另一个力学中的应用是流体力学。
流体力学研究流体的运动规律，而流体的运动可以通过微分方程进行描述。
例如，纳维-斯托克斯方程是描述流体运动的基本方程之一，它是一个二阶偏微分方程，可以用来研究流体的速度场、压力场等。
纳维-斯托克斯方程的解析解难以获得，因此常常通过数值方法进行求解，以得到流体的运动情况。
二、电磁学中的微分方程应用电磁学是物理学中的重要分支，微分方程在电磁学中也有广泛的应用。
例如，麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程，它由四个偏微分方程组成。
这些方程可以用来研究电磁波的传播、电磁场的辐射等现象。
麦克斯韦方程组的求解对于电磁学的理论研究和应用具有重要意义。
另一个电磁学中的应用是电路理论。
电路中的电流和电压之间的关系可以通过微分方程进行描述。
例如，简单的电路中，电阻、电感和电容的关系可以表示为一个一阶线性微分方程。
通过求解这个微分方程，可以得到电路中电流和电压随时间的变化规律，从而帮助我们理解电路的工作原理。
三、热传导中的微分方程应用热传导是工程学中的一个重要问题，微分方程在热传导中的应用十分常见。
例如，热传导方程是描述物体内部温度分布随时间变化的方程，它是一个二阶偏微分方程。
通过求解热传导方程，可以研究物体的温度分布、热传导速率等问题。
这对于工程领域的热设计和热管理具有重要意义。
另一个热传导中的应用是热辐射。
数学与微分方程解析微分方程在科学与工程领域中的应用案例
数学与微分方程解析微分方程在科学与工程领域中的应用案例在科学与工程领域中，微分方程是一种重要的数学工具，用于描述物理、化学、生物等领域中的各种现象和问题。
微分方程解析的应用案例有很多，下面将介绍其中一些典型的案例。
案例一：电路中的RLC电路在电路中，RLC电路是一种常见的电路类型，由电阻（R）、电感（L）和电容（C）组成。
我们可以利用微分方程来描述电路中电压和电流的变化情况。
设电容的电压为Vc(t)，电感的电流为I(t)，电阻上的电压为VR(t)。
根据基尔霍夫电压定律和欧姆定律，可以得到如下微分方程：L(dI/dt) + RI + 1/C∫I(t)dt = V(t)通过解这个微分方程，我们可以得到电路中电流和电压随时间的变化规律，从而对电路的稳定性和响应进行分析和预测。
案例二：化学反应动力学在化学反应中，微分方程可以用来描述反应物的浓度随时间的变化规律。
例如，一级反应的速率可以用下面的微分方程来表示：d[A]/dt = -k[A]其中，[A]表示反应物A的浓度，k为反应速率常数。
通过求解这个微分方程，我们可以得到反应物浓度随时间的变化曲线，从而研究反应的速率和影响因素。
案例三：机械振动系统在工程领域中，微分方程可以用来描述机械振动系统的运动规律。
例如，单自由度弹簧振子的运动可以由下面的微分方程表示：m(d2x/dt2) + kx = 0其中，m为质量，k为弹簧的弹性系数，x为位移。
通过求解这个微分方程，我们可以得到振子的运动规律，包括振幅、频率和相位等信息。
案例四：人口增长模型微分方程还可以用来描述人口增长模型。
例如，常见的Logistic增长模型可以用下面的微分方程表示：dP/dt = rP(1-P/K)其中，P表示人口数量，r为人口增长率，K为环境容量。
通过解这个微分方程，我们可以研究人口的增长趋势和极限状态。
总结：微分方程在科学与工程领域中有着广泛的应用，上述案例只是其中的一部分。
数学与微分方程解析的应用可以帮助科学家和工程师更好地理解和预测自然和人工系统的行为，优化设计和控制方案。
高考数学中的微分方程应用及实例题解析
高考数学中的微分方程应用及实例题解析一、微分方程的应用微分方程在数学中有着广泛的应用，而在高考数学中尤为重要。
微分方程可以用来描述各种物理和工程问题中的连续变化。
在高考数学中，微分方程的应用主要包括解决物理和工程问题，并用微分方程模型求解。
下面，我们将以几个实例来解释微分方程的应用。
二、实例题解析1. 一个水箱有一个进水口和一个排水口，进水口的水速是10升/分钟，排水口排水的速度是6升/分钟。
在水箱的初态下，水箱的水量是7升。
求15分钟之后水箱的水量是多少？解答：由于水箱的进水口和排水口都是连续变化的，因此可以用微分方程来模拟。
不妨设水箱的初始状态下的水量为y，当t时间后，进水和排水的水量都为10-6=4升/分钟，因此有：y'(t)=4根据微分方程得：y(t)=4t+C由于初态下，水量为7升，因此C=7。
当t=15时，有：y(15)=4*15+7=67因此，15分钟后水箱的水量是67升。
2. 某商品的回报率为r，市场容量有限，其市场占有率y变化满足dy/dt=ry(1-y)，y初始为0.2，求当市场占有率达到60%时所需的时间。
解答：由于市场占有率随时间的变化是连续变化的，因此可以用微分方程来模拟。
设市场占有率为y，时间为t，有：dy/dt=ry(1-y)将该微分方程分离变量得：1/(y(1-y))dy=rdt两边积分得：ln|y/(1-y)|=rt+C由于当y=0.2时，t=0，因此C=ln(1/4)。
当y=0.6时，有：ln|0.6/(1-0.6)|=0.4r+C代入C得：ln(3/2)=0.4r+ln(1/4)解得r=ln3/16，因此所需的时间为：t=[ln(3/2)-ln(1/4)]/0.4ln3/16≈8.25因此，市场占有率达到60%时所需的时间为8.25。
三、总结微分方程在高考数学中的应用极为广泛，需要考生有扎实的微积分和数学建模的基础。
通过多做微分方程的实例题目，可以帮助考生更好地掌握微分方程的应用方法和技巧。
高考数学中的微分方程分析及应用实例
高考数学中的微分方程分析及应用实例微分方程是数学的一个分支，可以用来描述物理世界中的许多现象和规律。
在高中数学中，微分方程也是一个非常重要的知识点，尤其是在高考数学中，微分方程的考查频率也很高。
本文将从微分方程的定义、解法以及应用实例三个方面进行阐述，帮助大家更好地理解和应用微分方程。
一、微分方程的定义微分方程是描述一个未知函数及其导数之间关系的数学方程。
简而言之，微分方程就是“导数方程”。
形式化地表述，设$ y=f(x)$ ，则微分方程一般可以写成如下形式：$$F(x,y,y',y'',\cdots,y^{(n)})=0$$其中，$ y^{(i)} $表示$ y $的$i$阶导数，$ F $是关于$ x,y,y',y'',\cdots,y^{(n)} $的函数。
二、微分方程的解法微分方程的解法主要有三种方法：分离变量法、齐次方程和一阶线性微分方程。
1. 分离变量法所谓“分离变量”，就是把方程中的$ x $和$ y $分别独立出来。
具体来说，就是在微分方程两边同时乘上$ dx $，然后把所有包含$ y $的项移到等号右边，所有包含$ x $的项移到等号左边，形如：$$F(y)dy=G(x)dx$$然后两边同时积分即可求得$ y $的解。
需要注意的是，这个方法只适用于能够分离变量的微分方程。
2. 齐次方程所谓“齐次方程”，就是系数和次数都相同的微分方程。
对于这类方程，我们可以进行一些变换，将其转化为可分离变量的形式。
具体方法是令$ y=vx $，然后把微分方程中的$ y $用$ v $和$ x $表示出来，形如：$$ y'=v+xv'$$将其代入微分方程中，消去$ v $得到一个可分离变量的方程。
3. 一阶线性微分方程所谓“一阶线性微分方程”，就是可以写成如下形式的微分方程：$$\frac{dy}{dx}+P(x)y=Q(x)$$其中，$ P(x) $和$ Q(x) $都是已知函数。
例谈微分方程在实际问题中的简单应用
例谈微分方程在实际问题中的简单应用微分方程是数学中用于描述变化物体的一类方程，它能很好的描述实际问题的变化规律。
古至今，微分方程在物理、机械、化学、经济等多个领域都发挥着重要的作用。
在这里，我们将详细介绍微分方程在实际问题中的简单应用。
首先，微分方程能够用来描述动量面积守恒定律。
动量面积守恒定律是物理学中的重要定律，指示物体随时间变化的动量是不变的。
这可用微分方程来表示，比如，质量m的一个物体的动量P的变化规律可以用微分方程表示为：dP/dt = F(t)。
其中，F(t)就是作用力，t表示时间，dP/dt表示P随时间的变化率。
其次，微分方程也可以用来描述振动系统。
振动系统是指反复性地从一个位置弹跳，其中位置随时间变化。
有时候，振动系统的物理运动可以用微分方程表示，比如，可以使用以下微分方程来描述一个位置随时间变化的振动系统： x’‘ + 2αx’ +ω^2x = 0。
此处，x 表示位置，α是阻尼系数，ω^2是自振频率的平方。
另一方面，微分方程也能够应用在经济学领域，比如可以用它来描述一个商品的供求量关系。
这可以用一个简单的微分方程来表示，比如：dy/dt = ay + bx d。
其中，y表示供应量，x表示需求量，a、b、d为常数。
最后，微分方程还能够用来表示空气污染的模型。
例如，可以用下面的微分方程来表示一个空气污染的模型：N’ = P-D-ｈN。
其中，N表示空气中的污染物的浓度，P表示污染源的强度，D表示污染物挥发常数，h表示污染物活化常数。
总之，微分方程作为一种数学方法，在解决实际问题中发挥着重要的作用，如表达动量面积守恒定律、描述振动系统、表示商品供求量关系，以及模拟空气污染等。
而在解决这些问题时，微分方程都是非常有效的工具，能够让我们更准确的描述实际问题的变化规律。
高等数学小论文—微分在生活中的应用
微分在生活中的应用1.计算利率和复利：在金融领域，微分可以用来计算利率和复利。
在实际应用中，微分被用于计算连续复利。
假设本金为P，年利率为r，投资时间为t年，那么根据微分的思想，t年后本金和利息之和可以表示为P(1+rt)。
这个公式可以方便快捷地计算出投资在一段时间后的增长倍数，为我们进行投资决策提供了依据。
2.预测未来走势：在经济学中，微分被用来描述变量之间的关系，如价格和需求量之间的关系、成本和产量之间的关系等。
这种关系通常被表达为微分方程或差分方程。
通过求解这些方程，我们可以得到变量随时间变化的规律，从而预测未来的走势。
例如，在商品市场中，价格和需求量之间的关系可以通过微分方程来表示。
通过对这个方程的求解，我们可以预测在未来一段时间内，价格会如何变化，需求量会如何变化，从而制定出更加合理的经济政策。
3.优化生产过程：在工业生产中，微分可以帮助我们优化生产过程。
具体来说，通过对生产过程中的各种变量进行微分分析，可以找出哪些变量对生产效率有影响。
然后，我们可以通过调整这些变量的参数来优化生产过程，提高生产效率。
例如，在生产汽车零部件时，通过对生产过程的微分分析，可以找出对生产效率影响较大的环节，如刀具磨损、模具寿命等，并采取措施来优化这些环节，从而提高生产效率。
4.医学成像：在医学领域，微分也被广泛应用于医学成像。
例如，在CT扫描中，微分被用来重建图像。
具体来说，CT扫描是通过测量人体不同部位在不同时间点的辐射量来重建图像的。
而微分则可以用来分析和处理这些测量数据，以重建出更准确的图像。
在这个过程中，微分可以帮助我们更好地理解图像的形成过程和人体内部的结构特征，为医生的诊断和治疗提供依据。
5.计算机科学：在计算机科学中，微分被广泛应用于机器学习和人工智能领域。
例如，深度学习模型中的反向传播算法就使用了微分。
通过微分，我们可以计算出模型参数的更新量，从而优化模型的性能。
6.自然科学研究：在自然科学领域，微分被广泛应用于物理、化学、生物学等学科的研究。
常微分方程应用举例
两端积分得 yachxaC2,由 yx0a,得C20
故所求绳索的形状为
y
a ch
x
a(exa
x
e a)
. a2
例4.
设有一弹簧下挂一重物,如果使物体具有一个初始
速度v0 0,物体便离开平衡位置,并在平衡位置附 近作上下振动.试确定物体的振动规律 x x(t ).
解 受力分析 1.恢复 f 力 c;x
常微分方程应用举例
.
列微分方程的常用方法 (1) 利用物理定律列方程 (2) 利用导数的几何意义列方程 (3) 利用微元分析法列方程
.
例 1 有高为1米的半球形容器, 水从它的底部小 孔流出, 小孔横截面积为1平方厘米(如图). 开始 时容器内盛满了水, 求水从小孔流出过程中容器 里水面的高度h(水面与孔口中心间的距离)随时 间t的变化规律.
2.阻力 Rdx;
dt
.
o x
x
Fm,amd2xcxdx0 物体自由振动的微分方程 d2t dt
若受到铅直F 干 H 扰 si力 np,t
d2x2nd xk2xhsip nt强迫振动的方程 d2t dt
高阶线性方程
.
以下求解见268页 .
可分离变量
例2 试设计一反光镜, 使它能将点光源发 出的光反射成为平行光
[解] 设反光镜镜面y由y曲 (x)线 绕x轴
旋转而成的
点光原位于坐标原点O,由点O发出的光线 经反射都成为平行于x轴的平行光
y
M(x, •
y)
T
Ao
x
由光的反射定律
.
于是有 AO OM x2y2
tg
水面的高度由h降至 hdh, 则 dV r2d,h
微分方程的应用于物理问题练习题及解析
微分方程的应用于物理问题练习题及解析1. 问题描述：在一个平面上，有一条弹性绳，两端固定在两个点上。
弹性绳的形状遵循一维波动方程。
求解弹性绳的形状。
解析：设弹性绳的形状为y(x, t)，其中x为沿绳的长度坐标，t为时间。
根据一维波动方程，有：∂²y/∂t² = v²(∂²y/∂x²)其中，v为波速。
上式是一个二阶线性偏微分方程。
2. 问题描述：一个简谐振子悬挂在天花板上，无摩擦地在竖直方向上运动。
振子的运动遵循二阶线性微分方程，其中含有阻尼项和回复力项。
求解振子的运动方程。
解析：设振子的位移为x(t)，则振子的运动方程可表示为：m(d²x/dt²) + γ(dx/dt) + kx = 0其中，m为振子的质量，γ为阻尼系数，k为回复力的系数。
3. 问题描述：一个电容与一个电感串联，电容的电压与电感的电流满足一阶线性微分方程。
求解电路的响应。
解析：设电容的电压为V(t)，电感的电流为I(t)，则电路的微分方程可表示为：L(dI/dt) + 1/C ∫V(t)dt = V0其中，L为电感的感值，C为电容的容值，V0为给定的电压。
4. 问题描述：在一个水槽中，有一根垂直的金属棒，棒的一端固定在水槽底部，另一端悬空。
棒的温度满足一维热传导方程。
求解棒的温度分布。
解析：设棒的温度为T(x, t)，其中x为沿棒的长度坐标，t为时间。
根据一维热传导方程，有：∂T/∂t = α(∂²T/∂x²)其中，α为热扩散系数。
5. 问题描述：在一个电动机中，有一个旋转轴承。
轴承的运动满足一阶线性微分方程。
求解轴承的运动方程。
解析：设轴承的位移为x(t)，则轴承的运动方程可表示为：m(d²x/dt²) + γ(dx/dt) + kx = F(t)其中，m为轴承的质量，γ为阻尼系数，k为弹性系数，F(t)为外力。
以上是几个物理问题的微分方程求解。
利用微分方程思想解决物理问题的应用举例
利用微分方程思想解决物理问题的应用举例微分方程是数学中的一个重要分支，不仅在数学中有着广泛的应用，还可以被用于解决物理中的问题。
物理学家们在对物理现象进行建模和分析时经常会遇到微分方程，例如引力、波动、热力学等方面的问题。
利用微分方程的思想，可以对这些问题进行深入研究和分析。
本文将以几个例子来说明微分方程如何被用于解决物理问题。
首先我们将考虑一个经典的物理问题 - 自由落体。
当一个物体在没有任何阻力的情况下自由落下时，它的运动可以由微分方程描述。
假设在运动的过程中，物体在高度为h的位置上以初速度v0开始自由落体。
我们可以通过分析重力的作用和牛顿第二定律来获得微分方程。
该微分方程可以写成如下形式：$$\frac{d^2s}{dt^2}=-g$$其中s是物体的下落距离，t是时间，g是重力加速度。
这个微分方程可以被解析求解，例如，可以通过积分获得物体在任意时间点的速度和位置。
通过这种方式，我们可以对自由落体的运动进行深入分析，并获得许多关于它的性质的重要信息。
下一个例子是关于弯曲的钢铁梁的问题。
当一条长的钢梁弯曲时，它的形状会发生变化，且弯曲的部位会承受压力。
因此，理解弯曲过程的数学模型对于诊断问题和设计解决方案非常重要。
我们可以通过微分方程的方法来解决这个问题。
假设一条长，圆柱形的钢梁沿其长度方向均匀受力，在其任意截面处的弯曲量可以用y(x)表示，其中x是其长度的距离。
通过平衡方程和几何关系，可以得到如下微分方程：$$\frac{d^2y}{dx^2}=\frac{M}{EI}$$其中M是弯矩，E是钢的弹性模量，I是截面结构的惯性矩。
这个微分方程可以用于预测钢梁弯曲的形状，并确定承受弯曲的部位。
最后一个例子是关于热传导方程的问题。
当一个材料被加热或冷却时，它的温度分布会发生变化。
我们可以通过微分方程的方法来预测材料温度随时间和空间的变化。
假设我们要研究一个均匀的材料，其平均温度可以用u(y,t)表示，其中y是其在空间中的位置，t是时间。
第六节微分方程的应用举例
第六节 微分方程的应用举例在学习了以上几节内容关于微分方程解法的基础上，本节将举例说明如何通过建立微分方程解决一些在几何上和物理上的实际问题。
例1 设曲线过（1，1），且其上任意点p 的切线在y 轴上的截距是切点纵坐标的三倍，求此曲线方程（图12-1）解：设所求的曲线方程为()()y x P x y y ,，=为其上任意点，则过点P 的切线方程为()x X y y Y -'=-. 其中()Y X ,是切线上动点，()y x ,是曲线上L令0=X ,的y x y Y '-=为切线在y 轴上的截距。
由x所给的条件得微分方程： 图12-1y y x y 3='-这是一阶线性齐次方程，易得其通解为2xCy =。
因曲线过点（1，1），代入上式，得1=C ，所以曲线方程为21x y =. 例2 设跳伞员开始跳伞后所受的空气阻力与他下落的速度成正比（比例系数为常数0>k ），起跳时的速度为0。
求下落的速度与时间之间的函数关系。
解：这是一个运动问题，我们可以利用牛顿第二定律ma F =建立微分方程。
首先，设下落速度为()t v ，则加速度()t v a '=。
再分析运动物体所受的外力。
在此，跳伞员只受重力和阻力这两个力的作用。
重力的大小为mg ，方向与速度方向一致；阻力大小为kv ，方向与速度方向相反。
因此，所受的外力为kv mg F -=，于是，由牛顿第二定律可得到速度()t v 应满足的微分方程为v m kv mg '=-，又因为假设起跳时的速度为0，所以，其初始条件为00==t v ， 至此，我们已将这个运动问题化为一个初值问题()⎩⎨⎧=-='.00,v kv mg v m 解此初值问题。
这是一个一阶线性非齐次微分方程，但由于v v '，的系数及自由项均为常数，故也可按分离变量方程来解。
求出方程的通解为t mk Cekv mg -=-.将初始条件()00=v 代入，得mg C =。
微分方程数学模型应用举例
微分方程数学模型应用举例
1. 生物学模型：微分方程可以用于描述生物系统中的各种动态过程。
例如，Lotka-Volterra模型是一种描述捕食者和被捕食者之间相互作用的微分方程模型，可以用于研究食物链中物种的数量和相互关系。
2. 经济学模型：微分方程可以用于描述经济系统中的各种变化和趋势。
例如，Solow增长模型是一种描述经济增长和资本积累的微分方程模型，可以用于分析国家经济发展的长期趋势。
3. 物理学模型：微分方程可以用于描述物理系统中的各种动态过程。
例如，带有阻尼和驱动力的简谐振动可以用二阶线性常微分方程来描述，可以用于研究机械系统中的振动现象。
4. 化学反应动力学模型：微分方程可以用于描述化学反应中物质浓度随时间变化的关系。
例如，化学反应速率方程可以用一阶或二阶线性微分方程来描述，可以用于研究化学反应速率的变化规律。
5. 环境科学模型：微分方程可以用于描述环境系统中的各种变化和相互作用。
例如，Black-Scholes模型是一种描述金融市场中期权价格变化的微分方程模型，可以用于分析金融市场的波动和风险。
6. 工程科学模型：微分方程可以用于描述工程系统中的各种动态过程。
例如，控制系统中的传递函数可以用微分方程表示，可以用于研究系统的稳定性和响应特性。
这些只是微分方程在数学模型中的一些应用举例，实际上微分方程在各个学科领域中都有广泛的应用。
微分方程的应用解决实际问题
微分方程的应用解决实际问题微分方程（differential equation）是研究自变量与其导数之间关系的方程，它在物理、工程、经济等各个领域具有广泛的应用。
通过对微分方程的求解，我们可以获得关于变量的函数，并使用这些函数解决实际问题。
本文将探讨微分方程在实际问题中的应用，并介绍其中一些经典的例子。
一、人口增长模型人口增长模型是微分方程在生物学和人口统计学中的重要应用之一。
假设一个封闭的人口系统，不考虑人口迁移和死亡，仅考虑人口的出生与人口的自然增长，可以建立如下微分方程：dp/dt = rp其中，p表示人口数量，t表示时间，r表示人口的增长速率。
这个简单的微分方程描述了人口的变化率和人口数量之间的关系。
通过解这个微分方程，我们可以预测未来的人口数量，进行人口规划。
二、弹簧振动模型弹簧振动是物理学中经典的问题，通过微分方程可以精确描述。
考虑一个带质量的弹簧系统，弹簧的位移与时间的关系可以由如下的二阶微分方程表示：m(d^2x/dt^2) + kx = 0其中，m表示质量，k表示弹簧的劲度系数，x表示位移。
这个微分方程描述了弹簧振动的力学原理。
通过求解这个微分方程，我们可以得到弹簧的振动频率和振幅等信息，以及在真实的弹簧系统中进行振动控制和设计。
三、放射性衰变问题放射性衰变是核物理学中的重要研究内容，也可以通过微分方程来描述。
放射性核素的数量随时间的变化满足以下微分方程：dp/dt = -λp其中，p表示放射性核素的数量，t表示时间，λ表示衰变常数。
这个微分方程描述了放射性核素的衰变速率与剩余核素数量之间的关系。
通过求解这个微分方程，我们可以计算出放射性核素的衰变速率、半衰期等相关信息，为核能研究和核工业提供重要的理论支持。
四、热传导问题热传导是热力学和材料科学中的重要问题，在微分方程的框架下可以得到精确的解析解。
考虑一个一维热传导问题，热传导方程可以表示为：d^2u/dx^2 = α(du/dt)其中，u表示温度场，x表示空间坐标，t表示时间，α表示热传导系数。
第八章微分方程本章主要通过几个具体的例子，说明微分方程的应用问题
221第八章 微 分 方 程本章主要通过几个具体的例子，说明微分方程的应用问题，并介绍一些基本概念及几种常用的微分方程的解法．第一节 微分方程的基本概念例1 自由落体运动 自由落体运动是指物体在仅受到地球引力的作用下，初速度为零的运动．根据牛顿第二定律：ma F =，它的运动路程)(t s s =大小的变化规律可表示为：m g dtsd m =22． 且还满足0)0(,0)0(='=s s ，即⎪⎩⎪⎨⎧='==(2) 0)0(,0)0((1) 22s s g dt sd对（1）两边积分，得 1C gt dtds+=， （３） 对（３）两边积分，得21221C t C gt s ++=， （４） 这里21,C C 都是任意常数．将（2）代入（４），得0,012==C C ． 故自由落体运动路程的规律为221gt s =． （５） 这是微分方程应用的最早一个例子．例２ Malthus 人口模型 英国人口学家马尔萨斯（Malthus T R 1766-1834）根据百余年的人口统计资料，于18世纪末提出著名的人口模型．该模型假设人口的净相对增长率（出生率减去死亡率）是常数，即单位时间内人口的增长量与当时的人口数成正比．设时刻t 的人口为)(t x ，净相对增长率为r ，我们将)(t x 当作连续变量考虑，开始时（0=t ）的人口数量为0x ，即0)0(x x =．按照Malthus 理论，于是)(t x 满足如下方程为：⎪⎩⎪⎨⎧==(7).)0((6), 0x x rx dt dx其中r 为常数．（6）称为Malthus 人口模型． 对（6）整理，得r d t xdx=． （8） 对（8）两边积分，得rt Ce t x =)(， （9）222将（7）代入（9），得0x C =，故人口增长规律为rt e x t x 0)(=． （10）如果0>r ，（10）表明人口将以指数规律无限增长．特别地，当∞→t 时，+∞→)(t x ，这似乎不可能． 这个模型可以与19世纪以前欧洲一些地区的人口统计数据很好地吻合，但是当后来人们用它与19世纪的人口资料比较时，误差较大．例３ Logistic 模型 荷兰生物数学家V erhulst 引入常数m x 表示自然资源和环境条件所能容许的最大人口，并假定净相对增长率等于⎪⎪⎭⎫⎝⎛-m x t x r )(1，即净相对增长率随着)(t x 增加而减少．因为随着人口的增加，自然资源，环境条件等因素对人口继续增长的阻滞作用越来越显著．如果人口较少时（相对于资源而言）人口增长率还可以看作常数．当人口增加到一定数量后，增长率就会随着人口的继续增加而逐渐减少．这正是对Malthus 人口模型中人口的固定净相对增长率的修正．这样，Malthus 人口模型（6）变为：⎪⎩⎪⎨⎧=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=(12). )0((11), )()(10x x t x x t x r dt dx m该模型的解为()rtm me x x x t x -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=110， （13）易看出，当+∞→t 时，m x t x →)(．这个模型称为Logistic 模型，其结果经计算与实际情况比较吻合．此模型在很多领域有着较广泛的应用．例４ 广告模型 在当今这个信息社会中，广告在商品推销中起着极其重要的作用．当生产者生产出一批产品后，便会考虑到广告的大众性和快捷性，利用广告促销作用更快更多地卖出产品．那么，广告与促销到底有何关系？广告在不同时期的效果如何？下面建立独家销售的广告模型来研究．该模型假设：商品的销售速度会因做广告而增加，但当商品在市场趋于饱和时，销售速度将趋于极限值，这时，销售速度将开始下降；自然衰减是销售速度的一种性质，商品销售速度的变化率随商品的销售率的增加而减少．设)(t s 为t 时刻商品的销售速度，M 表示销售速度的上限；0>λ为衰减因子常数，即广告作用随时间增加，而自然衰减的速度；)(t A 为t 时刻的广告水平（以费用表示）．建立方程为：⎪⎩⎪⎨⎧=-⎪⎭⎫⎝⎛-⋅⋅=(15) )0((14) )()(1)(0s s t s M t s t A p dtds λ 其中p 为响应函数，即)(t A 对)(t s 的影响力，p 为常数．223由假设知，当销售进行到某个时刻时，无论怎样作广告，都无法阻止销售速度的下降，故选择如下广告策略：⎩⎨⎧>≤≤=ττt t A t A 00)(， 其中A 为常数．在[]τ,0时间内，设用于广告的花费为a ，则τaA =，代入（14），有ττλa p s a M p dt ds ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅++， 令τλa M p b ⋅+=； τpac =． 则有c bs dtds=+． （16） 解（16），得bcke t s bt+=-)( ， （17） 其中k 为任意常数．将（15）代入（17），得()bt bt e s e bct s --+-=01)(， （18） 当τ>t 时，由)(t A 的表达式，则（14）为s dtdsλ-=． （19） 其解为()t e t s t s -=τλ)()(． （20） 这样，联合（18）与（20），得到()()⎪⎩⎪⎨⎧>≤≤+-=---τττττλt e s t e s e bct s btbt )(01)(0． （21）其图形如图8-1．224图8-1上述四个例子中的关系式(1)、（6）、（11）和（14）都含有未知函数的导数，它们都是微分方程．一般地，凡是含有自变量、自变量的未知函数以及未知函数的导数（或微分）的方程，都叫做微分方程．如果微分方程中，自变量的个数只有一个，则称之为常微分方程；自变量的个数为两个或两个以上，则称之为偏微分方程．本章只讨论常微分方程.微分方程中所出现的未知函数的最高阶导数的阶数，叫做微分方程的阶．例如方程（6）、（11）和（14）是一阶微分方程；方程（1）是二阶微分方程． 一般地，n 阶微分方程的形式是,,(y x F )(,,n y y ')=0 (22)其中2+n F 是个变量的函数．这里必须指出，在方程（22）中，)(n y 必须出现的，而)1(,,,,-'n y y y x 等变量则可以不出现．例如n 阶微分方程01)(=+n y中，除)(n y 外，其他变量都没有出现．如果能从方程（22）中解出最高阶导数，得微分方程),,,,()1()(-'=n n y y y x f y (23)以后我们讨论的微分方程都是这种已解出最高阶导数的方程或能解出最高阶导数的方程，且（23）式右端的函数在所讨论的范围内连续．由前面的例子我们看到，在研究某些实际问题时，首先要建立微分方程，然后找出满足微分方程的函数（解微分方程），就是说，找出这样的函数，把这函数代入微分方程能使该方程成为恒等式．这个函数就叫做该微分方程的解．确切地说，设函数)(x y ϕ=在区间I 上有n 阶连续导数，如果在区间I 上，0)](,),(),(,[)(≡'x x x x F n ϕϕϕ那么函数)(x y ϕ=就叫做微分方程（22）在区间I 的解．由前面的例子，可知函数（4）和（5）都是微分方程（1）的解；函数（9）和（10）都是微分方程（6）的解；函数（13）是微分方程（11）的解；函数（21）是微分方程（14）的解．如果微分方程的解中含有任意常数，且任意常数的个数与微分方程的阶数相同，这样的解叫做微分方程的通解．例如，函数（9）是微分方程（6）的解，它含有一个任意常数，而方程（6）是一阶的，所以函数（9）是微分方程（6）的通解；函数(4)是方程（1）的解，它含有两个任意常数，而方程（1）是二阶的，所以函数（４）是方程（1）的通解．在利用微分方程求解实际问题时，所得到的含有任意常数的通解因其具有不确定性而不能满足需要，通常还要根据问题的实际背景，加上某些特定的条件，确定通解中的任意常数．用来确定通解中任意常数值的条件叫做初始条件．例1中的条件（2），例2中的条件（7）等,便是初始条件．一般地，设微分方程中的未知函数为)(x y y =，如果微分方程是一阶的，通常用来确定任意常数的初始条件是,00y y x x ==时，或写成 00y yx x ==．225其中0x 、0y 都是给定的值；如果微分方程是二阶的，通常用来确定任意常数的初始条件是：,00y y x x ==时，0y y '='， 或写成 00y yx x ==,0y y x x '='=． 其中00,y x 和0y '都是给定的值． 由初始条件确定了通解中的任意常数的解，就叫做微分方程的特解．例如（5）式是方程（1）满足条件（2）的特解；（10）式是方程（6）满足条件（7）的特解． 微分方程的解所对应的几何图形叫做微分方程的积分曲线．通解的几何图形是一族积分曲线，特解所对应的几何图形是一族积分曲线中的一条．第二节 变量分离方程从本节开始，我们将在微分方程基本概念的基础上，从求解最简单的微分方程—可分离变量的微分方程入手，从易到难地介绍一些微分方程的解法．形如)()(y x f dxdyϕ= （1） 的方程，称为变量分离方程．其中)(x f 和)(y ϕ分别是x 和y 的连续函数．下面说明方程（１）的求解方法．如果0)(≠y ϕ，我们可将方程（１）改写成dx x f y dy)()(=ϕ 这样，变量就“分离”开来了，两边积分，得到方程（1）的通解C dx x f y dy+=⎰⎰)()(ϕ （2） 这里我们把积分常数C 明确写出来，而把)(y dy ϕ⎰，dx x f )(⎰分别理解为)(1y ϕ，)(x f 的某一个原函数． 如果存在0y ，使0)(0=y ϕ，直接代入方程（1），可知0y y =也是（1）的解．如果它不包含在方程的通解（2）中．必须予以补上．例1 求微分方程xy dxdy2= (3) 的通解．226解 方程（3)是变量分离方程，变量分离后得xdx ydy2=， 两端积分⎰⎰=xdx y dy2，得 12ln C x y +=， 从而 2112x C C x e e e y ±=±=+，因1Ce ±仍是任意常数，把它记作C ，得到2x Ce y =． （4）此外，0=y 显然也是方程（3）的解，如果在（4）中允许0=C ，则0=y 也就包含在（4）中，因此，（3）的通解便是方程（4），其中C 是任意常数．例２ 解方程0)1(=++dy x xydx ． （5） 解 变量分离，得 dx x xy dy 1+-=， 两边积分，得dx x xy dy 1+-=⎰⎰， ⎰⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=+-+-=dx x dx x x y 111111ln ， 1ln 1ln ln C x x y +-=+-， 1ln 1lnC x x y+-=+， x Ce x y-=+1（1C C ±=）， 故所求方程的通解为x e x C y -+=)1(． （6）此外，0=y 显然也是方程（５）的解，而0=y 包含在（６）中，因此，方程（6）是（5）的通解，其中C 是任意常数．例３ 解Malthus 人口模型：227rx dtdx=， 0)0(x x =． 解 变量分离，得rdt xdx=， 两边积分，得C rt x ln ln +=，rt Ce t x =)(，因初始条件()00x x =，所以0x c =，故满足初始条件的解为rt e x t x 0)(= ．第三节 齐次方程形如)(xydx dy ϕ= （１） 的方程，称为齐次方程．这里)(u ϕ是u 的连续函数．例如：0)2()(22=---dy xy x dx y xy ，是齐次方程，因为)(21)(2222xy x yxy xyx y xy dx dy --=--=． 下面说明方程（１）的求解方法． 作变量变换，令xyu =， （２） 即ux y =，于是dxdu x u dx dy +=， （３） 将（２）和（３）代入方程（1），则原方程变为)(u dxduxu ϕ=+， 即 u u dxdux -=)(ϕ． 变量分离，得xdxu u du =-)(ϕ，两边积分，得228⎰⎰=-x dxu u du )(ϕ．求出积分后，再用xy代替u ，便得所给齐次方程的通解． 例1 解方程dxdyxydx dy x y =+22． 解 原方程可写成1)(222-=-=xy x y xxy y dx dy ， 因此是齐次方程．令,u xy=则 dxdu x u dx dy ux y +==,， 于是原方程变为12-=+u u dx du x u ，即 1-=u u dx du x ． 变量分离，得xdx du u =-)11(，两端积分，得x C u u ln ln =+-，或写为 C u xu +=ln ． 以xy代入上式中的u ，便得所给方程的通解为 C xyy +=ln ． 例2 求解方程y xy dxdyx=+2 )0(<x ． 解 将方程改写为xy x y dx dy +=2 )0(<x ，这是齐次方程． 以u xy =及u dx duu dx dy +=代入，则原方程变为 u dxdux 2=， （4） 分离变量，得到xdxudu =2，229两边积分，得到（4）的通解C x u +-=)l n (，即()[]2ln C x u +-=． )0)(l n (>+-C x 这里C 是任意常数． （5）此外，方程（4）还有解 0=u ，注意，此解并不包括在通解（5）中．代回原来的变量，即得原方程的通解[]2)l n (C x x y +-= )0)(l n (>+-C x 及解0=y ．第四节 一阶线性微分方程一、一阶线性微分方程形如)()(x Q y x P dxdy=+ （1） 的方程，叫做一阶线性微分方程，因为它对于未知函数y 及其导数是一次方程．如果0)(≡x Q 则方程（1）称为齐次的；如果)(x Q 不恒等于零，则方程（1）称为非齐次的．当0)(≡x Q 时，（１）可写成0)(=+y x P dxdy（2） 方程（2）叫做对应于非齐次线性方程（1）的齐次线性方程．（2）是变量分离方程，变量分离后得dx x P ydy)(-=， 两边积分，得⎰+-=1ln )(ln C dx x P y ，由此得)(,1)(C C Ce y dxx P ±=⎰=- （３）式（３）是所求的齐次线性方程（2）的通解．这里C 是任意常数．下面我们来讨论求非齐次线性方程（1）的通解的方法．不难看出，（2）是（3）的特殊情形，两者既有联系又有差异．因此可以设想它们的解也应该有一定的联系．我们试图利用方程（2）的通解（3）的形式去求出方程（1）的通解．显然，如果（3）中C 恒保持常数，它必不可能是（1）的解．我们设想：在（2）中，将常数C 换成x 的待定函数)(x u ，使它满足方程（１），从而求出)(x u ．该方法称为常数变易法．为此，令⎰=-dx x P ue y )( ， （４） 于是 ⎰-⎰'=--dx x P dx x P e x uP e u dxdy)()()(． （５）将（４）和（５）代入方程（1）得230)()()()()()(x Q ue x P e x uP e u dx x P dx x P dx x P =⎰+⎰-⎰'---，即 )()(x Q e u dx x P =⎰'-，⎰='dxx P e x Q u )()(． 两边积分，得 ⎰+⎰=C dx e x Q u dxx P )()(．把上式代入（４），便得非齐次线性方程（1）的通解⎪⎭⎫⎝⎛+⎰⎰=⎰-C dx e x Q e y dxx P dx x P )()()(． （６）将（６）式改写成两项之和⎰⎰⎰+⎰=--dx e x Q e Ce y dx x P dx x P dx x P )()()()(． 上式右端第一项是对应的齐次线性方程（2）的通解，第二项是非齐次线性方程（1）的一个特解．由此可知，一阶非齐次线性方程通解等于对应的齐次方程的通解与非齐次方程的一个特解之和．例 1 求方程25)1(12+=+-x x y dx dy 的通解．解 这是一个一阶非齐次线性方程．先求对应的齐次方程的通解．012=+-y x dx dy ， 变量分离，得12+=x dxy dy ， 两边积分，得 1ln 1ln 2ln C x y ++=，即 2)1(+=x C y （1C C ±=）．用常数变易法，把()x u C 换成，即令2)1(+=x u y ， （7）那么 )1(2)1(2+++'=x u x u dxdy， 代入所给非齐次方程，得21)1(+='x u ．两边积分，得 C x u ++=231(32）． 在把上式代入（７）式，即得所求方程的通解为⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++=C x x y 232)1(32)1(．231例2 求方程1)1()1(++=-+n x x e ny dxdyx 的通解，这里n 为常数． 解： 将方程改写为 n x x e y x ndx dy )1(1+=+-， （8）首先，求齐线性方程 01=+-y x ndx dy 的通解，从dx x n y dy 1+=得到齐线性方程的通解为 n x C y )1(+=．其次，应用常数变易法求非齐线性方程的通解．为此，在上式中把C 看成为x 的待定函数)(x u ，即n x x u y )1)((+=， （9）微分之，得到)()1()1()(1x u n n x dxx du dx dy n n -+++=． （10） 以（9）及（10）代入（8），得到x e dx x du =)(， 积分之，求得 C e x u x ~)(+=，因此，以所求的)(x C 代入（9），即得原方程的通解)~()1(C e x y x n ++=． 这里C ~是任意常数 二 、 伯努利方程形如n y x Q y x P dxdy)()(=+ )1,0(≠n （11） 的方程叫做伯努利方程．当0=n 或1=n 时，这是线性微分方程．当1,0≠≠n n 时，这方程不是线性的，但是通过变量的代换，便可把它化为线性的．事实上，以n y 除方程（10）的两边，得)()(1x Q y x P dxdyyn n=+--． （12） 容易看出，上式左端第一项与)(1ny dxd -只差一个常数因子n -1，因此，我们令 n y z -=1，那么dxdy y n dx dz n --=)1(． 用)1(n -乘方程（12）的两端，再通过上述变换便得线性方程)()1()()1(x Q n z x P n dxdz-=-+．232求出这方程的通解后，以z y n 代-1，便可得到伯努利方程（11）的通解．此外，当0>n 时，方程还有解0=y ．例3 求方程2)(ln y x a xydx dy =+， 的通解．解 以2y 除方程的两边，得x a y xdx dy y ln 112=+--． 即 x a y xdx y d ln 1)(11=+---．令1-=y z ，则上述方程成为x a z xdx dz ln 1-=-， 这是一个线性方程，它的通解为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=2)(ln 2x a C x z ．以1-y 代z ，故得所求方程的通解为1)(ln 22=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-x a C yx ．此外，方程还有解0=y ．在上节中，对于齐次方程⎪⎭⎫⎝⎛='x y y ϕ，我们通过变量变换xu y =，把它化为变量可分离的方程，然后分离变量，经积分求得通解．在本节中，对于一阶非齐次线性方程)()(x Q y x P y =+'，我们通过解对应的齐次线性方程找到变量变换⎰=-dxx P ue y )(，利用这一代换，把非齐次线性方程化为变量可分离的方程，然后经积分求得通解．对于伯努利方程n y x Q y x P y )()(=+'，我们通过变量变换z yn=-1，把它化为线性方程，然后按线性方程的解法求得通解，可见，以上方程都是通过变量变换化为可求解方程来求解的，该方法适合很多特殊方程求解．233第五节 可降阶的高阶微分方程从这一节起，我们讨论二阶及二阶以上的微分方程，即所谓的高阶微分方程，对于有些高阶微分方程，我们可以通过变量变换将它化成较低阶的方程来求解．下面以二阶微分方程为例来介绍：二阶微分方程的一般形式为0),,,(='''y y y x F或者),,(y y x f y '=''一般来说，二阶微分方程要比一阶微分方程的求解复杂一些．但是对于某些二阶微分方程来说，如果我们能设法作变量代换把它从二阶降至一阶，那么就有可能应用前面几节中所讲的方法来求出它的解了．下面介绍三种容易降阶的二阶微分方程的求解方法． 一、()x f y =''型的微分方程形如)(x f y ='' （１）的方程，右端仅含有自变量x ．两端同时积分一次，就化为一阶方程1)(C dx x f y +='⎰再积分一次，得到通解21])([C dx C dx x f y ++=⎰⎰一般地对())(x f y n =求解，只需对方程两端积分n 次． 例1 求解方程x e x y -+=''2s i n ．解 对所给的方程连续积分两次，得12cos 21C e x y x +--='-， 212sin 41C x C e x y x +++-=-所求的通解为212s i n 41C x C e x y x +++-=-． 例2 求微分方程x ey xc o s 2-='''．的通解．解 对所给方程连续积分三次，得C x e y x+-=''sin 212， 22cos 41C Cx x e y x+++='，23432212sin 81C x C x C x e y x ++++= ⎪⎭⎫ ⎝⎛=21C C ．所求的通解为32212sin 81C x C x C x e y x ++++=．二、),(y x f y '=''型的微分方程形如),(y x f y '='' （２）的方程，右端不显含未知函数y ．这时，只要令,p y ='那么p dxdpy '=='' 而方程（２）就化为),(p x f p ='．这是一个关于变量p x 、的一阶微分方程，再按一阶方程求解．设其通解为),(1C x p ϕ=．但是dxdyp =，因此又得到一个一阶微分方程 ),(1C x dxdyϕ=． 对它进行积分，便得方程（２）的通解为⎰+=21),(C dx C x y ϕ．例3 求微分方程y x y x '=''+2)1(2，满足初始条件,10==x y 30='=x y的特解．解 所给方程是),(y x f y '=''型的．令,p y ='代入方程并分离变量后，有dx x x p dp 212+=． 两边积分，得C x p ++=)1ln(ln 2,235即 )1(21x C y p +='=． ()C e C ±=1 由条件30='=x y ，得31=C ，所以 )1(32x y +='． 两边再积分得 233C x x y ++=． 又由条件,10==x y 得12=C ，于是所求的特解为133++=x x y ．三、),(y y f y '=''型的微分方程形如),(y y f y '='' (３)的方程，其中不明显地含自变量x ．这时，只要令p y ='，并利用复合函数的求导法则把y ''化为对y 的导数，即dydppdx dy dy dp dx dp y =⋅=='' 这样方程(３)就成为),(p y f dydpp=． 这是一个关于变量p y ,的一阶微分方程，再按一阶微分方程求解．设它的通解为 ),(1C y p y ϕ=='， 分离变量并积分，便得方程（３）的通解为⎰+=21),(C x C y dyϕ．例4 求微分方程02='-''y y y的通解．解 所给方程是),(y y f y '=''型的．令 p y ='，则236dydp p y =''， 代入原方程，得02=-p dydpyp． 在0≠y 、0≠p 时，约去p 并分离变量，得ydyp dp =． 两边积分，得C y p +=ln ln ，即 y C p 1=，或y C y 1'= )(1C e C ±=． 再分离变量并两端积分，便得所求方程的通解为2'1ln C x C y +=，或 ｘＣ１e C y 2= )２＇＝（２C e C ±．第六节 二阶线性微分方程一、二阶常系数齐次线性微分方程二阶齐次线性微分方程的形式为0)()(=+'+''y x Q y x P y ． （1）如果)()(x Q x P y y 、的系数、'均为常数，则（1）式为0=+'+''qy y p y ， （2）其中q p 、是常数，则称（2）为二阶常系数齐次线性微分方程．如果q p 、不全为常数，称（1）为二阶变系数齐次线性微分方程．下面我们主要研究二阶常系数齐次线性微分方程的解法．关于方程（２），我们不加证明地给出二阶常系数齐次线性微分方程的有关定理： 定理1 （解的叠加定理）如果21y y 、是方程（２）的两个解，那么2211y C y C y +=也是（2）的解，其中21,C C 是任意常数．237定理2 如果21y y 、是方程（２）的两个不成比例的特解（即常数≡/21y y ），则2211y C y C y +=就是方程（２）的通解，其中21,C C 是任意常数．在这里我们之所以要求21,y y 不成比例，是因为如果有21Cy y =，那么就可推出()2212211y C C C y C y C y +=+=，即通解2211y C y C y +=中的两个任意常数变成一个．根据定理2，要求（２）的通解，只要设法先求出它的两个解21,y y ，且常数≡/21y y ，则2211y C y C y +=就是方程（２）的通解．仔细观察方程（2）可知，它的解应该具有各阶导数都只相差一个常数因子的性质，因此我们推测方程（2）的解是指数函数．取rx e y =（r 为常数），选取适当的r ，使它满足方程（２），则rx e y =就是方程（2）的解． 将rx e y =代入方程（2），得到0)(2=++rx e q pr r ．由于0≠rxe，所以02=++q pr r ． （3）由此可见，只要r 满足代数方程（3），函数rx e y =就是微分方程（2）的解．我们把代数方程（3）叫做微分方程（2）的特征方程．特征方程（3）是一个二次代数方程，其中r r 、2的系数及常数项恰好依次是微分方程（2）中y y '''、及y 的系数．特征方程（3）的两个根21r r 、可以用公式2422,1qp p r -±-=求出．它们有三种不同的形式：（i ）当042>-q p 时，21,r r 是两个不相等的实根：2421q p p r -+-=，2422q p p r ---=（ii ）当042=-q p 时，21,r r 是两个相等的实根：221pr r -==238（iii ）当042<-q p 时，21,r r 是一对共轭复根：,1βαi r += ,2βαi r -=其中 ,2p-=α 242p q -=β． 相应地，微分方程（2）的通解也就有三种不同的情形．分别讨论如下： （ⅰ）特征方程有两个不相等的实根：21r r ≠． 微分方程（2）有两个解x r x r e y e y 2121==、，并且12y y 不是常数，因此微分方程（2）的通解为 x r x r e C e C y 2121+=．（ⅱ）特征方程有两个相等的实根：21r r =． 这时，微分方程（2）有一个解.11x r e y =下面求出微分方程（2）的另一个解2y ，并且要求12y y 不是常数． 设)(12x u y y =，)(12x u e y x r =即，代入微分方程（2），可得 0)(=''x u因为这里只要得到一个不为常数的解，所以不妨选取x u =，由此得到微分方程（2）的另一个解.21x r xe y =从而微分方程（2）的通解为x r x r xe C e C y 1121+=即 ()xr e x C C y 121+=（ⅲ） 特征方程有一对共轭复根：)0(,21≠-=+=ββαβαi r i r ． 这时，微分方程（2）有两个解()()x i xi e y ey βαβα-+==21, ，并且12y y 不是常数．但它们是复值函数形式．为了得出实值函数形式，我们先利用欧拉公式θθθsin cos i ei +=，21,y y 把改写为()),sin (cos 1x i x e e e e y x x i x x i ββαβαβα+=⋅==+ ())sin (cos 2x i x e e e e y x x i x x i ββαβαβα-=⋅==--．239由于复值函数21y y 与之间成共轭关系，因此，取它们的和除以2就得到它们的实部；取它们的差除以2i 就得到它们的虚部．根据方程（2）有关解的定理，所以实值函数,cos )(21211x e y y y x βα=+=x e y y i y x βαsin )(21212=-=还是微分方程（2）的解，且x xe xe y y x x βββααcot sin cos 21==不是常数，所以微分方程（2）的通解为)sin cos (21x C x C e y x ββα+=．综上所述，求二阶常系数齐次线性微分方程0=+'+''qy y p y ， 的通解的步骤如下：第一步 写出微分方程（2）的特征方程02=++q pr r ． 第二步 求出特征方程（3）的两个根21,r r ．第三步 根据特征方程（3）的两个根的不同情形，按照下列表格写出微分方程（2）的通解：例1 求微分方程032=-'-''y y y 的通解． 解 所给微分方程的特征方程为0322=--r r ，其根3,121=-=r r 是两个不相等的实根，因此所求通解为x x e C e C y 321+=-．例2 求方程0222=++s dt dsdts d 满足初始条件2400-='===t t s s 、的特解．解 所给微分方程的特征方程为2400122=++r r ，其根121-==r r 是两个相等的实根，因此所求微分方程的通解为t e t C C s -+=)(21，将初始条件2400-='===t t s s、代入通解，得41=C ，22=C于是所求特解为t e t s -+=)24(．例３ 求微分方程052=+'-''y y y 的通解． 解 所给方程的特征方程为,0522=+-r r其根i r 212,1±=为一对共轭复根．因此所求通解为)2sin 2cos (21x C x C e y x +=．二、二阶常系数非齐次线性微分方程二阶常系数非齐次线性微分方程的一般形式是),(x f qy y p y =+'+'' （4） 其中q p 、是常数，0)(≠x f ．当0)(=x f 时，（4）可写为0=+'+''qy y p y ． （5）叫作方程（4）对应的二阶常系数齐次线性微分方程．关于方程（4）的通解，我们不加证明地给出如下定理：定理3 如果*y 是方程（4）的一个特解，Y 是方程（4）对应的齐次方程（5）的通解，则方程（4）的通解为*+=y Y y ．由上述定理3可知，求二阶常系数非齐次线性微分方程（4）的通解，归结为求对应的齐次线性方程（5）的通解和非齐次方程（4）本身的一个特解．由于二阶常系数齐次线性微分方程的通解的求法已得到解决，所以这里只需讨论求二阶常系数非齐次线性微分方程的一个特解*y 的方法．本节介绍当方程（4）中的()x f 取两种常见形式时求*y 的方法．这种方法的特点是不用积分就可以求出*y 来，这种方法叫做待定系数法．)(x f 的两种形式是241（1）x m e x P x f λ)()(=，其中λ是常数，)(x P m 是x 的一个m 次多项式：m m m m m a x a x a x a x P ++⋅⋅⋅++=--1110)(．（2）]sin )(cos )([)(x x P x x P e x f n l x ωωλ+=，其中ωλ、是常数，)()(x P x P n l 、分别是x 的l 次、n 次多项式，其中有一个可为零．下面分别介绍)(x f 为上述两种形式时*y 的求法．1．)()(x P e x f m x λ=型我们知道，方程（4）的特解*y 是使（4）成为恒等式的函数．怎样的函数能使（4）成为恒等式呢？因为（4）式右端)(x f 是多项式)(x P m 与指数函数x e λ的乘积，而多项式与指数函数乘积的导数仍然是同一类型，因此，我们推测x e x Q y λ)(=*(其中)(x Q 是某个多项式)可能是方程（4）的特解．把"'***y y y 及、代入方程（4），然后考虑能否选取适当的多项式)(x Q ，使x e x Q y λ)(=*满足方程（4）．为此将,)(x e x Q y λ=*[])()(x Q x Q e yx '+='*λλ， [])()(2)(2x Q x Q x Q e yx ''+'+="*λλλ 代入方程（4）并消去x e λ，得 )()()()()2()(2x P x Q q p x Q p x Q m =+++'++''λλλ． （6）推导可知如下结论：如果x m e x P x f λ)()(=，则二阶常系数非齐次线性微分方程（4）具有形如x m k e x Q x y λ)(=* （7）的特解，其中)(x Q m 是与)(x P m 同次m (次）的多项式，而k 按λ不是特征方程的根、是特征方程的单根或是特征方程的重根依次取为10、或2． 上述结论可推广到n 阶常系数非齐次线性微分方程，但要注意（7）式中的k 是特征方程含根λ的重复次数（即若λ不是特征方程的根，k 取为0；若λ是特征方程的s 重根，k 取为s ）．例1 求微分方程1332+=-'-''x y y y 的一个特解．解 这是二阶常系数非齐次线性微分方程，且函数)(x f 是x m e x P λ)(型（其中0,13)(=+=λx x P m ）．与所给原方程对应的齐次线性微分方程为032=-'-''y y y ,242它的特征方程为0322=--r r ．有两个实根3,121=-=r r ，由于这里0=λ不是特征方程的根，所以应设特解为10b x b y +=*．把它代入原方程，得13323100+=---x b b x b ,比较两端x 同次幂的系数，得⎩⎨⎧=--=-13233100b b b 由此求得31,110=-=b b ．于是求得一个特解为 31+-=*x y ． 例2 求微分方程x xe y y y 265=+'-''的通解．解 所给方程也是二阶常系数非齐次线性微分方程，且型是x m e x P x f λ)()(（其中）2,)(==λx x P m ． 与所给原方程对应的齐次线性微分方程为065=+'-''y y y ，它的特征方程为0652=+-r r ，有两个实根3,221==r r ，于是与所给方程对应的齐次方程的通解为x x e C e C Y 3221+=．由于2=λ是特征方程的单根，所以应设*y 为x e b x b x y 210)(+=*，把它代入所给原方程，得x b b x b =-+-10022，比较等式两端同次幂的系数，得⎩⎨⎧=-=-0212100b b b ， 解得1,2110-=-=b b ．因此求得一个特解为243x e x x y 2)121(--=*． 从而所求的通解为 x x x e x x e C e C y 223221)2(21+-+=． 2．[]x x P x x P e x f n l x ωωλsin )(cos )()(+=型 应用欧拉公式和方程（4）有关解的定理，不加证明地可得如下结论：如果[]x x P x x P e x f n l x ωωλsin )(cos )()(+=，则二阶常系数非齐次线性微分方程（4）的特解可设为]s i n c o s )([)2()1(x R x x R e x y m m x k ωωλ+=* （8）其中)(),()2()1(x R x R m m 是m 次多项式，},max{n l m =，而ωλi k +按（或ωλi -）不是特征方程的根、或是特征方程的单根依次取为10或．上述结论可推广到n 阶常系数非齐次线性微分方程，但要注意（8）式中的k 是特征方程中含根ωλi +（或ωλi -）的重复次数．例3 求微分方程x x y y 2cos =+''的一个特解．解 所给方程是二阶常系数非齐次线性微分方程，且属于[]x x P x x P e x f n l x ωωλsin )(cos )()(+=型（其中0)(,)(,2,0====x P x x P n l ωλ）．与所给方程对应的齐次方程为0=+''y y ，它的特征方程为012=+r ，有两个复根i r i r -==21,，由于这里i i 2=+ωλ不是特征方程的根，所以应设特解为x d cx x b ax y 2sin )(2cos )(+++=*．把它代入所给方程，得x x x a d cx x c b ax 2cos 2sin )433(2cos )433=++-+--（．比较两端同类项的系数，得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=--=-=+-=-0430304313a d c c b a ， 由此解得 94,0,0,31===-=d c b a ． 于是求得原方程的一个特解为244 x x x y 2sin 942cos 31+-=*． 以上我们主要介绍了二阶线性微分方程的解法，该方法可以推广到高阶线性微分方程．。
微分方程在物理学中的应用
微分方程在物理学中的应用微分方程作为数学中的一个分支，不仅在数学领域中有着广泛的应用，还在物理学领域中发挥着重要作用。
在物理学中，微分方程可以描述多种自然现象，如运动的变化、电磁波传播等。
本文将从物理学的角度出发，探讨微分方程在物理学领域中的应用。
一、经典力学在经典力学中，牛顿第二定律描述了物体的运动状态。
牛顿第二定律可以用微分方程来表达：F = ma其中F为物体所受合力，m为物体的质量，a为物体的加速度。
对于给定的F和m，可以通过微分方程求解得到物体的运动轨迹。
举个例子，考虑一个质量为m的物体在重力场中自由落体。
设g为重力加速度，则物体的运动方程可以表示为：m(d^2y/dt^2) = -mg其中，y为物体的高度，t为时间。
运用微积分知识可以得到物体的运动轨迹为：y = -0.5gt^2 + v0t + y0其中，v0为物体的初速度，y0为物体的初始高度。
二、波动方程波动是物理学中的常见现象，如声波、电磁波等。
光学中著名的麦克斯韦方程组中也涉及到波动。
波动方程可以用微分方程来表示：d^2u/dt^2 = c^2(d^2u/dx^2)其中，u为波动的振幅，c为波速，x为空间坐标。
通过求解波动方程，可以得到波动的传播方向和速度。
在某些情况下，波动方程还可以描述某些材料的物理性质，如电导率等。
三、热传导方程热传导是物理学中的另一种常见现象。
物体的温度分布可以用微分方程来表示。
热传导方程通常可以表示为：(dT/dt) = alpha(d^2T/dx^2)其中，T为物体的温度，t为时间，x为空间坐标，alpha为比热传导率。
通过解决热传导方程可以得到物体内部的温度分布情况。
这个问题在热力学和工程学中有广泛应用。
四、电场和磁场方程电场和磁场是电磁学中的两个重要概念。
电场和磁场可由麦克斯韦方程组来描述。
其中，电磁场的分布可以用微分方程来描述。
例如，磁场方程可以表示为：curl B = mu0J + mu0(epsilon0)(dE/dt)其中，B为磁场强度，J为电流密度，E为电场强度，mu0为磁感应强度，epsilon0为真空介电常量。
微分方程应用举例
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有的时候用拉氏变换求解常系数线性微分方程比较方便
下面通过举例说明用拉氏变换求解常系数线性微分方程的方法步骤．
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例1（冷却问题）物体在空气中的冷却速度与物体和空气的温度 （冷却问题） 之差成正比，已知空气温度为20℃ 如果物体在20分钟内由 分钟内由100℃ 之差成正比，已知空气温度为 ℃，如果物体在 分钟内由 ℃ 降至60℃ 问要使物体温度降至30℃ 需用多长时间？ 降至 ℃，问要使物体温度降至 ℃，需用多长时间？
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其中含盐50（ ），现将浓 例2（流体混合问题）一容器盛盐水 （流体混合问题）一容器盛盐水100（升），其中含盐 （克），现将浓 （ ），其中含盐 度为2（ 升 的盐水以3（ 分钟 的速度注入容器内， 分钟） 度为 （克/升）的盐水以 （升/分钟）的速度注入容器内，假设流入的盐水与 原有的盐水因搅拌而迅速成为均匀的混合物，同时此混合物有以2（ 分钟 分钟） 原有的盐水因搅拌而迅速成为均匀的混合物，同时此混合物有以 （升/分钟） 的速度流出，试求60分钟后容器中盐的含量 分钟后容器中盐的含量. 的速度流出，试求 分钟后容器中盐的含量
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微分方程应用举例
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微分方程在科学技术和实际生活中都有着广泛 的应用，用微分方程解决实际问题的一般步骤 为： 1.分析问题，设出未知函数，建立微分方程， 并确定初始条件； 2.求出微分方程的通解； 3.利用初始条件，求出微分方程的特解.再根据 特解解决一些相关的问题.
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下面通过一些具体例子介绍微分方程的实际应用问题的解法.
微分方程的解法与应用
微分方程的解法与应用微分方程（Differential Equation）是描述自然界中各种变化与关联的数学模型，广泛应用于物理学、工程学、经济学等领域。
本文将介绍微分方程的解法和应用。
一、常微分方程的解法常微分方程（Ordinary Differential Equation）是只涉及一个自变量的微分方程。
常微分方程的解法主要有分离变量法、齐次方程法、一阶线性方程法和常系数线性齐次方程法等。
1. 分离变量法对于可分离变量的一阶常微分方程，可以通过将变量分离到两边分别积分来求解。
例如，对于方程dy/dx = f(x)g(y)，可以写成dy/g(y) = f(x)dx，再两边同时积分得到∫dy/g(y) = ∫f(x)dx，进而得到方程的解y = φ(x)。
2. 齐次方程法对于形如dy/dx = f(y/x)的齐次方程，可以通过变量代换和分离变量的方法来求解。
具体步骤为将y/x表示为新的函数v，并进行变量替换dy/dx = v + xv'，其中v'表示对x求导数。
通过将原方程转化为一阶线性微分方程求解，再进行反变换得到原方程的解。
3. 一阶线性方程法对于形如dy/dx + P(x)y = Q(x)的一阶线性微分方程，可以通过积分因子的方法来求解。
通过选择适当的积分因子μ(x)，将原方程转化为（μ(x)y）' = μ(x)Q(x)，再对等式两边两次积分，并利用初值条件来确定常数，得到方程的特解。
4. 常系数线性齐次方程法对于形如d^n y/dx^n + a_1d^{n-1}y/dx^{n-1} + ··· + a_ny = 0的常系数线性齐次微分方程，可以通过特征根法来求解。
具体步骤为解特征方程λ^n +a_1λ^{n-1} + ··· + a_n = 0，将特征根代入通解的表达式C_1e^{λ_1x} + C_2e^{λ_2x} + ··· + C_ne^{λ_nx}中，其中C_1, C_2, ···, C_n为待定系数。
微分方程及其应用举例分析
微分方程及其应用举例分析微分方程是数学中一种重要的工具，它描述了物理、工程、生物等领域中各种自然现象的变化规律。
无论是极简单的指数函数、正弦函数，还是较为复杂的天文学和经济学中的模型，微分方程都能够对其进行求解和描述。
本文将围绕微分方程及其应用展开探讨。
一、微分方程的定义和分类微分方程是指包含未知函数及其导数等于已知函数的方程，其中未知函数是一种确定其变化规律的函数。
微分方程分为常微分方程和偏微分方程两种。
常微分方程是由自变量和未知函数的一阶或高阶导数组成的方程，常常用于描述自变量是时间的一些物理或经济现象，可以解出函数在每个时间点的取值。
例如，余弦函数的求解：$$y''+y=0$$该方程的通解为$y=A\cos(x)+B\sin(x)$。
偏微分方程描述的是多个自变量的函数中各自对其它自变量的偏导数和未知函数之间的关系。
偏微分方程对于描述空间中的物理现象，如导热、扩散、波动等，具有重要的作用。
二、微分方程的应用及其举例微分方程广泛应用于各行各业，从天文学到生物学到经济学，无所不包。
下面将以几个例子来说明微分方程在实际应用中的作用。
1. 生物学中的SIR模型SIR模型是一种流行病学模型，常用于描述疾病的传染情况。
该模型中假设人群分为易感染者（Susceptible）、感染者（Infected）和康复者（Recovered）三类，对每一类人群的数量变化建立微分方程模型。
令$S$表示易感染者的数量、$I$表示感染者的数量、$R$表示康复者的数量，则该模型的微分方程为：$$\frac {dS}{dt} = −βSI$$$$\frac {dI}{dt} = βSI − γI$$$$\frac {dR}{dt} = γI$$其中，参数$β$和$γ$分别表示感染率和恢复率。
2. 物理学中的振动问题振动在无数学科和技术领域中都有着广泛的应用。
物理学中的振动有着很多形式，比如弹簧振子、摆锤等。
假设有一个弹簧振子，弹性系数为$k$，质量为$m$，初始位置为$x_0$，初速度为$v_0$。
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lim x(t) k0
t
k
静脉滴注的速率越大，最后体 内药量的稳定水平越高。
例4.（流行病数学模型）
无移除的流行病模型：
（1）感染通过一个团体成员之间的接触而传播， 感染者不因死亡、痊愈或隔离而被移除；
（2）团体是封闭的，总人数为N，最初假设只
有一个感染者； （3）团体种各成员之间接触机会均等，因此易 感者转化为感染者的变化率与当时的易感人数 和感染人数的乘积成正比。
1 dx r kx x dt
(k、r为正常数)
试分析该水池中大肠杆菌的繁殖规律。
解： 将关于相对增殖率的关系式进行变量
分离，得
dx dt
x(r kx)
两边积分，得： x Cert r kx
假设初次取样即t=0时，x x0. 代入上式，有 C x0
r kx0
于是有
将初始条件 t 0时M M0 代入，得 C M0 因此镭的质量M关于时间t 的变化规律为：
M
(t)
M
ekt
0
.
当变量关于时间的变化率与变量的量成 正比时，这个变量总是按指数规律变化。
例如，牛顿冷却定律、化学中的一 级反应、早期肿瘤的生长、药物的分解 等自然现象，都按指数规律变化。
指数生 长模型
例2.（细菌增殖模型）
理想环境：
（1）除系统本身的繁殖外，没有由系统外向 系统内的迁入和由系统内向外迁出等情况；
（2）系统本身的繁殖不受空间和营养供应的 限制； （3）温度、湿度等各项环境因素均对系统适பைடு நூலகம்宜。
检验人员对某蓄水池定期抽取单位容积水样 观察，测得该水池中大肠杆菌的相对增殖率为
单位时间内单位数 量的生物的增长。
解：记时刻t的未感染人数为S，已感染人
数为I，根据以上假设即可建立下面
的微分方程：
dS SI
dt 其中 S I N, I (0) 1 代入上式，得
dS S(N S)
dt
分离变量后积分，得
S
dS (N
S
)
dt
即 1 ln S t C
N NS 再由初始条件 I (0) 1，可得
x x0 ert r kx r kx0
或
x
k
r
r kx0
ert
x0
自然生长方程
当t 时，x r .
r
k
即 是该蓄水池中大肠杆菌密度的极限值。
k
例3.（药物动力学一室模型）
药物动力学是一门研究药物、毒物 及其代谢物在机体内的吸收、分布、代 谢和排泄过程定量规律的科学。
刻0到时刻t的消耗量为M0 M (t)。
根据导数的定义，镭的衰变速度就是镭
的消耗量关于时间的导数，即
d dt [M 0
M (t)]
dM dt
将“镭的衰变速度与存量成正比”表达成
数学语言，即写成微分方程，得
dM kM (常数k 0) dt
分离变量、两边积分，得
ln M kt ln C 或 M Cekt
例1.（放射性元素的衰变） 放射性元素因不断放射出各种射线
而逐渐减少其质量的现象，称为衰变。
由原子物理学知道，放射性元素镭的衰变
速度与存量成正比，比例系数为k（k>0）。如 果当时间t=0时，镭的质量为M 0 ，求镭的质量 M关于时间t的变化规律M (t) 。
解：设镭在时刻t的留存量为M(t)，则镭从时
微分方程的应用
数学模型
根据研究对象的内在规律运用适当 的数学工具建立起来的一种数学结构。
微分方程是建立数学模型时应用
得最为广泛的工具之一。
一、微分方程建模的基本步骤：
1、根据已知规律建立微分方程； 2、根据已知条件找出初始条件； 3、解微分方程(求通解、特解)； 4、用所得结果解释实际问题。
二、生物医药模型举例
C 1 ln( N 1) N
因此，有 1 ln S t 1 ln( N 1)
N NS
N
整理后得：
S
N(N (N 1)
1) eNt
当t 时，S 0,从而有I N.
结论：对于无移除的流行病，最终将导 致团体内全部成员被感染。
假定药物以恒定的速率 k0 进行静脉滴
注，试求体内药量随时间的变化规律。
解：假定药物在体内
按一级速率过程 k0 v, x
消除，消除速率
常数为k .
k
设静脉滴注t时刻体内药量为x(t),则有
dx dt
k0
kx
dx dt
k0
kx
此方程是一个可分离变量的一阶微分方程，
易求得其在初始条件t=0时x=0下的特解为