浅谈伯努利方程的几种解法及应用

合集下载

伯努利方程三种形式公式

伯努利方程三种形式公式

伯努利方程三种形式公式
第一种形式的伯努利方程公式是:
P₁ + 1/2ρv₁² + ρgh₁ = P₂ + 1/2ρv₂² + ρgh₂
其中P₁和P₂分别表示两个位置的压力,ρ表示流体的密度,v₁和v₂表示两个位置的流速,g为重力加速度,h₁和h₂表示两个位置的高度。

这个公式描述了流体在两个位置之间能量守恒的关系。

等式左边的第
一项表示压力能,第二项表示动能,第三项表示单位质量的重力势能。


式右边的三项表示相应位置的压力能、动能和重力势能。

这个公式适用于
流体在不完全关闭的管道、管道两端处于同一高度的情况。

第二种形式的伯努利方程公式是:
P + 1/2ρv² + ρgh = const
这是一个简化形式的伯努利方程,它将两个位置的参数合并成一个常数。

这个公式的物理意义是,当流体在流动过程中没有受到外界力的作用时,流体的总能量保持不变。

这个公式适用于理想的水平管道、无摩擦的
流动。

第三种形式的伯努利方程公式是:
P + 1/2ρv² = const
这是伯努利方程的最简形式,它忽略了重力势能的影响。

这个公式适
用于理想的非粘性流体在无重力情况下的流动,如气体等。

这三种形式的伯努利方程公式分别适用于不同的流体力学问题。

选择
适用的公式取决于具体的流动条件和需要分析的问题。

无论选择哪种形式,
伯努利方程都提供了一个重要的工具,可以帮助我们研究流体力学中的能量转换和守恒。

伯努利方程原理及其应用

伯努利方程原理及其应用

伯努利方程原理及其应用伯努利方程是流体力学中的重要原理之一,描述了沿着流体流动方向的速度、压力和高度之间的关系。

该方程是瑞士科学家丹尼尔·伯努利在18世纪中叶所提出的,并以他的名字命名。

伯努利方程原理基于流体的连续性和能量守恒定律,可以用来解决许多与流动相关的问题。

其基本形式可以表示为:P + 1/2ρv^2 + ρgh =常数其中,P表示压力,ρ表示流体的密度,v表示流体的速度,h表示流体的高度,g表示重力加速度。

此方程表明,在沿着流体流动方向的区域中,压力、速度和高度之间存在一种平衡关系,当一方发生变化时,其他两方也会随之发生相应的变化。

伯努利方程的应用非常广泛,下面我们将介绍其在多个领域中的具体应用。

1.液体流动伯努利方程可以应用于液体在管道和河流中的流动问题。

例如,在水力工程中,可以根据伯努利方程来计算水的压力和速度,从而确定水流是否顺畅。

此外,伯努利方程还可以应用于液体泵抽水的计算和涡轮机工作原理的分析,以及血液在动脉和静脉中的流动研究等。

2.汽车空气动力学伯努利方程在汽车设计中有重要的应用。

例如,在高速行驶时,汽车前进方向上的气流速度会增加,根据伯努利方程,气流速度增加就意味着压力降低。

这就解释了为什么汽车行驶时,车顶、车窗等地方的压力较低,从而产生了吸力,有利于汽车行驶稳定。

3.飞行器气动力学伯努利方程在飞行器气动力学中的应用非常重要。

在飞行过程中,飞机可以通过改变机翼形状和改变进气口的面积来调节气流速度和压力的分布,从而实现升力和稳定性的控制。

伯努利方程提供了一种描述飞行器气动表现的重要工具。

4.涡旋产生与气旋的形成伯努利方程也可以解释涡旋的产生和气旋的形成。

当流体经过结构物表面或物体尖部时,流体速度会增加,从而使压力降低。

这种速度增加和压力降低导致了涡旋产生。

类似地,大气中气流速度和气压的变化也会导致气旋的形成。

伯努利方程的应用还远不止于上述几个领域,例如喷射器的工作原理、风力发电工程中的风能转换等。

伯努利方程的原理和应用

伯努利方程的原理和应用

伯努利方程的原理和应用1. 什么是伯努利方程伯努利方程是流体力学中的基本方程之一,用于描述理想流体的运动。

它基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理,可以通过对流体在不同位置和时间上的性质进行分析,推导出流体在各个位置上的压力、速度和高度之间的关系。

2. 伯努利方程的表达形式伯努利方程可以写成以下形式:P + 1/2ρv^2 + ρgh = 常数其中,P是流体的静压力,ρ是流体的密度,v是流体的速度,g是重力加速度,h是流体的高度。

3. 伯努利方程的原理伯努利方程的原理即基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理,通过分析流体在不同位置上的性质,推导出流体在各个位置上的压力、速度和高度之间的关系。

3.1 质量守恒质量守恒是指在封闭系统中,质量的总量是不变的。

在流体力学中,当流体通过一个管道或槽道时,质量的净流入量等于质量的净流出量。

3.2 动量守恒动量守恒是指在封闭系统中,动量的总量是不变的。

在流体力学中,动量的变化可以通过推导出的动量方程来描述,而伯努利方程就是基于动量守恒推导出来的。

3.3 能量守恒能量守恒是指在封闭系统中,能量的总量是不变的。

在流体力学中,能量的变化可以通过推导出的能量方程来描述,而伯努利方程也是基于能量守恒推导出来的。

4. 伯努利方程的应用伯努利方程广泛应用于流体力学和工程学中,可以用于解决多种问题。

以下是一些常见的应用情况。

4.1 流速和压力关系根据伯努利方程,当流体的速度增加时,压力会减小;当速度减小时,压力会增加。

这个关系在管道系统和飞机翼等领域起到重要作用,可以帮助我们设计高效的流体系统。

4.2 流速和高度关系当流体的速度增加时,其高度会降低;当速度减小时,高度会增加。

这个关系在水力发电站和喷气式飞机等领域有重要应用,可以帮助我们设计高效的能量转换系统。

4.3 压力和高度关系根据伯努利方程,当流体的压力增加时,其高度会降低;当压力减小时,高度会增加。

这个关系在水泵和水塔等领域常常被应用,可以帮助我们调节流体的压力和高度。

浅析气体动力学原理——伯努利方程例解

浅析气体动力学原理——伯努利方程例解

浅析气体动力学原理——伯努利方程例解气体动力学作为一门研究物体运动的科学,是研究物理学的重要组成部分。

在气体动力学中有许多定律,伯努利方程是其中最基础也最重要的定律之一。

本文将对伯努利方程的原理及其在例题中的解法进行浅析。

一、伯努利方程原理伯努利方程(Bernoulli equation),又称为贝纳方程,是气体动力学的基本方程,由拉丁物理学家Daniel Bernoulli于1738年发现,他发现在一个恒定的系统中,当沿着系统上流动的流体(一般情况下是气体)改变速度和高度,其内能总量是不变的,这一定律叫做伯努利定律。

伯努利方程可以概括为:P +γV +gh = k(γ是气体的比容系数,V是气体流速,h是气体高度,P是气体压强,g是重力加速度,k是常数)式中,其中P +γV体现了气体的动能,gh表示气体的位能,两者之和即为气体的总能量,而k则表示该总能量在系统中是恒定的。

二、伯努利方程在例题中的解法1.设有一个气体在一定的容器中,容器的高度是 h1,而此时气体的压强为P1,流速为V1,则由伯努利方程可知:P1 +γV1 +gh1 = k2.气体流出容器时,留下来的气体高度为h2,压强为P2,流速为V2,由伯努利方程可知:P2 +γV2 +gh2 = k3.上面两公式代入可得:P1 +γV1 +gh1 = P2 +γV2 +gh24.两边中的P1,V1,h1分别消去可得:P2 =γ(V2 - V1) +(h2 - h1)5.此可以看出,当流体从一个容器流出到另一容器时,流体的压强受其高度的变化以及流体的流速变化的影响。

三、结论伯努利方程是气体动力学中重要的基础定律,它描述了在一定系统中流体运动时总能量保持不变的定律。

本文通过一个具体的例子,讲解了伯努利方程的原理及其在例题中的解法,从而使我们对伯努利方程有了更深的理解。

伯努利方程的解法

伯努利方程的解法

伯努利方程的解法伯努利方程是一种形如 y' + p(x)y = q(x)y^n (n ≠ 0, 1) 的一阶微分方程,它可以通过变量替换的方法化为一阶线性微分方程求解。

具体的解法步骤如下:1. 两边同时乘以y^(-n),得到y^(-n)y' + p(x)y^(1-n) = q(x)。

2. 令 z = y^(1-n),则有 z' = (1-n)y^(-n)y',代入上式,得到 (1-n)^(-1)z' + p(x)z = q(x)。

3. 这是一个一阶线性微分方程,可以用常数变易法或积分因子法求解,得到 z 的通解。

4. 将 z = y^(1-n) 代回,得到 y 的通解。

下面是一个例题,用伯努利方程求解 y' + xy = x^2y^2。

解:将方程化为标准形式,得到 y' + xy - x^2y^2 = 0。

1. 两边同时乘以 y^(-2),得到 y^(-2)y' + xy^(-1) - x^2 = 0。

2. 令 z = y^(-1),则有 z' = -y^(-2)y',代入上式,得到 -z' + xz - x^2 = 0,即 z' - xz + x^2 = 0。

3. 这是一个一阶线性微分方程,可以用常数变易法或积分因子法求解,得到 z 的通解。

这里我们用积分因子法,先求出积分因子 u(x) = e^(-∫xdx) = e^(-x^2/2)。

4. 两边同时乘以u(x),得到u(x)z' - xu(x)z + xu(x)^2 = 0,即 (u(x)z)' = xu(x)^2。

5. 两边同时积分,得到 u(x)z = ∫xu(x)^2dx + C,即 e^(-x^2/2)z = ∫xe^(-x^2)dx + C。

6. 利用误差函数的定义,可以将右边的积分化简,得到 e^(-x^2/2)z = -e^(-x^2/2)/2 + C',其中 C' = C + √(π/2)/2。

高数伯努利方程的通解

高数伯努利方程的通解

高数伯努利方程的通解
(原创版)
目录
1.伯努利方程的概述
2.高数伯努利方程的求解方法
3.通解的概念及求解过程
4.高数伯努利方程的通解的应用
5.总结
正文
一、伯努利方程的概述
伯努利方程是流体力学中描述不可压缩流体沿着流线的能量守恒定律。

它是以瑞士科学家丹尼尔·伯努利(Daniel Bernoulli)的名字命名的。

伯努利方程在流体力学中有着广泛的应用,例如水管中的流速和压力分布、飞机翼的升力原理等。

二、高数伯努利方程的求解方法
在求解高数伯努利方程时,通常采用变分法。

变分法的基本思想是寻找一个函数,使得该函数的导数等于伯努利方程。

通过求解这个变分问题,可以得到伯努利方程的解。

三、通解的概念及求解过程
通解是指伯努利方程在整个流域内的解。

求解通解的过程比较复杂,一般需要采用数值方法,如有限元法、有限体积法等。

这些方法可以将伯努利方程离散化为一个巨大的线性或非线性方程组,然后通过计算机求解得到通解。

四、高数伯努利方程的通解的应用
高数伯努利方程的通解在实际工程中有着广泛的应用,例如在设计水力发电站、飞机翼、船舶等。

通过求解伯努利方程的通解,可以预测流体在设备中的流动状态,从而优化设备的性能。

五、总结
高数伯努利方程的通解是流体力学中的一个重要问题,它在实际工程中有着广泛的应用。

求解通解的过程需要采用数值方法,如有限元法、有限体积法等。

伯努利方程的几种新解法

伯努利方程的几种新解法

伯努利方程的几种新解法
贝叶斯伯努利方程(Bayes' Theorem)是统计概率学中最
重要的定理之
一,它可以用来计算各种概率问题。

伯努利方程最初是由英国数学家和统计学家Thomas Bayes(1702-1761)发现的,
他提出了一种新的解决概率问题的方法,这个方法被称为贝叶斯方法或贝叶斯推理。

贝叶斯估计是一种基于数据的方法,它可以用来估计某个参数的概率分布。

这种方法是基于贝叶斯理论,它假定参数服从一定的先验分布,然后根据观测到的数据更新这个先验分布,从而得出一个新的后验分布。

贝叶斯核估计是一种基于核函数的贝叶斯方法,它可以用来估计一个连续的参数。

这种方法假定参数服从一个核函数的先验分布,然后根据观测到的数据更新这个先验分布,从而得出一个新的后验分布。

因此,贝叶斯方法可以用来解决各种概率问题,它比传统的概率方法更有效率。

未来,伯努利方程可能会发展出更多新的解决概率问题的解法,从而为统计学提供更多的工具和方法。

伯努利微分方程解法

伯努利微分方程解法

伯努利微分方程解法微分方程作为数学的一个分支,常常在自然科学中发挥着重要的作用。

其中伯努利微分方程作为一类特殊的微分方程,在应用中也经常被使用。

下面将分别从定义、性质以及求解方法等方面,探讨伯努利微分方程的相关问题。

一、定义和性质伯努利微分方程最早是由瑞士数学家伯努利在18世纪提出的。

其一般形式为:$$\frac{dy}{dx}+p(x)y=q(x)y^n$$其中,$p(x)$和$q(x)$是已知函数,$n$为任意实数。

它的特点是其中含有$y^n$一项,而没有$y$一项,因而被称为“伯努利型方程”。

伯努利微分方程具有如下的特点:1. 不含未知函数的常量项;2. 含未知函数及其一次导函数;3. 含未知函数的幂函数;4. 系数不随$x$而改变。

二、求解方法根据伯努利微分方程的特点,我们可以采用变量代换的方法进行求解。

具体而言,可以选取适当的变量替换$y$,使得代换后的方程成为线性微分方程或相关线性微分方程。

以下介绍两种常用的变量代换方法:1. $y=z^{-1}$代换法对于形如$y'=p(x)y+q(x)y^n$的伯努利方程,我们可以进行$y=z^{-1}$的代换,即:$$\frac{dz}{dx}=-z^{-2}\frac{dy}{dx},\ y=z^{-1}$$将代换后的$z$带入方程中化简可得:$$\frac{dz}{dx}+(-p(x))z=q(x)z^{n+1}$$此时,我们可以将式子看成是一个与$z$相关的一阶线性微分方程,利用一阶线性微分方程的求解方法得到$z$,再根据$y=z^{-1}$得到原方程的解。

2. $y=t^m$代换法对于形如$y'=p(x)y+q(x)y^n$的伯努利方程,我们可以进行$y=t^m$的代换,即:$$y=t^m$$将代换后的$y$带入方程中化简可得:$$\frac{dt}{dx}=(1-m)p(x)t+q(x)t^{n-m}$$此时,我们可以将式子看成是一个与$t$相关的一阶线性微分方程(令$m\neq0,1$),利用一阶线性微分方程的求解方法得到$t$,再根据$y=t^m$得到原方程的解。

伯努利方程的原理及其应用

伯努利方程的原理及其应用

伯努利方程的原理及其应用1. 什么是伯努利方程?伯努利方程是流体力学中的一个基本定律,描述了在无粘度、无旋流体中的流动情况。

它是基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理推导而来的,并且广泛应用于航空、航天、水利工程等领域。

2. 伯努利方程的表达式伯努利方程的表达式如下:P + ρgh + 1/2ρv^2 = 常数其中:•P表示流体的压力;•ρ表示流体的密度;•g表示重力加速度;•h表示流体的高度;•v表示流体的速度。

这个方程表明,在无粘度、无旋的条件下,沿着流体的流向,在任意两点之间,流体的总能量保持不变。

3. 伯努利方程的原理伯努利方程的原理可以通过以下几点来解释:3.1 流体的连续性根据质量守恒定律,单位时间内通过任意横截面的流体质量是不变的。

根据这个原理,可以得出流体的连续性方程。

3.2 流体的动量守恒根据动量守恒定律,流体流动时,外力对流体的加速度产生一个作用力,这个作用力可以通过压强的变化来描述。

当流体的速度增大时,压强减小,反之亦然。

3.3 流体的能量守恒根据能量守恒定律,流体的动能和势能之和保持不变。

当流体速度增大时,动能增加,而势能减小,反之亦然。

综合考虑以上几点,可以得出伯努利方程的原理。

4. 伯努利方程的应用伯努利方程的应用非常广泛,以下列举了一些常见的应用场景:4.1 管道流动伯努利方程可以用来分析和计算管道中的流体流动情况,如水流、气流等。

通过测量不同位置的压力和速度,可以计算流体的流速、流量以及阻力等参数,对管道的设计和优化具有重要意义。

4.2 飞机和汽车的空气动力学在飞机和汽车的设计中,伯努利方程被广泛应用于空气动力学的分析。

通过伯努利方程可以计算流体在机翼或车身表面的压力分布,从而确定升力和阻力的大小,对飞机和汽车的性能进行评估和改进。

4.3 水利工程伯努利方程在水利工程中也有重要应用。

例如,在水流中测量水压和流速,可以根据伯努利方程计算水流的高度、速度和流量,对水库、水泵和水轮机等的设计和运行进行分析和优化。

伯努利原理的应用计算

伯努利原理的应用计算

伯努利原理的应用计算1. 引言伯努利原理是流体力学领域中重要的原理之一。

它描述了沿着流体流动方向发生的压强变化和速度变化之间的关系。

伯努利原理在各个领域中都有广泛的应用,如航空、汽车工程、水力工程等。

本文将介绍伯努利原理的应用计算方法,并结合实际案例进行具体说明。

2. 伯努利原理的原理简介伯努利原理是指在沿着流体流动方向上,速度增加时压强就要降低,速度减小时压强就要增加。

这是因为在流体流动中,速度增加意味着动能增加,而动能的增加必须以压强的降低为代价,从而保持整体能量守恒。

3. 伯努利原理的应用计算方法伯努利原理可以用于各种流动问题的计算,下面将介绍几种常见应用计算方法。

3.1 管道中的流速计算当流体通过管道时,可以利用伯努利方程计算不同位置处的流速。

假设流体从入口到出口在水平方向流动,并忽略摩擦损失和其他外界影响,可以使用以下公式计算流速:v = sqrt(2*(P1-P2)/ρ)其中,v表示流速,P1表示入口处的压强,P2表示出口处的压强,ρ表示流体的密度。

3.2 飞机升力的计算飞机的升力是由差压产生的,而差压可以通过伯努利原理计算得到。

假设飞机在飞行过程中,上表面和下表面的气压分别为P1和P2,飞机的升力可以通过以下公式计算:L = 1/2 * ρ * v * A * (P1 - P2)其中,L表示升力,ρ表示空气的密度,v表示飞机的速度,A表示飞机的翼展面积。

3.3 涡轮机动力计算涡轮机是一种制造动力的装置,其动力来源于喷气式发动机的燃烧产生的高速气流。

涡轮机的动力可以通过伯努利方程计算得到。

假设涡轮机中气流的速度为v1,出口的速度为v2,则动力可以通过以下公式计算:P = 1/2 * ρ * (v2^2 - v1^2) * A其中,P表示动力,ρ表示气体的密度,A表示气流的截面积。

4. 应用实例为了进一步说明伯努利原理的应用计算方法,以下将给出一些具体的应用实例。

4.1 气球的上升力计算气球的上升力由于气球内部的气体比外界气体密度小所产生的浮力。

伯努利方程三种公式

伯努利方程三种公式

伯努利方程三种公式伯努利方程是流体力学中非常重要的一个方程,用于描述沿着流体流动方向上的动能、压力和重力势能之间的关系。

伯努利方程是通过对连续性方程和动量方程的积分得到的。

在本文中,将介绍伯努利方程的三种常用形式及其应用。

首先,我们来看一般形式的伯努利方程:\[P + \frac{1}{2}\rho v^2 + \rho gh = \text{常数}\]其中,\(P\)表示流体的静压力,\(\rho\)表示流体的密度,\(v\)表示流体的速度,\(g\)表示重力加速度,\(h\)表示流体的高度。

接下来,我们将讨论伯努利方程的三种常用形式。

1.高度形式:\[P + \rho gh = \text{常数}\]假设流体在两个不同高度的点1和点2之间流动,忽略速度对伯努利方程的影响,则可以得到高度形式的伯努利方程。

这个形式可以用于描述流体在不同高度处的压强差。

2.速度形式:\[\frac{1}{2}\rho v_1^2 + \rho gh_1 = \frac{1}{2}\rho v_2^2 + \rho gh_2\]在忽略压强差对伯努利方程的影响时,可以得到速度形式的伯努利方程。

这个形式可以用于描述流体在不同位置处的速度差。

3.压强形式:\[P_1 + \frac{1}{2}\rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2}\rho v_2^2\]在忽略重力势能对伯努利方程的影响时,可以得到压强形式的伯努利方程。

这个形式可以用于描述流体在不同位置处的压强差。

接下来,我们将简要介绍一些应用伯努利方程的情况:1.飞机的升力产生:伯努利方程可以用于解释飞机如何产生升力。

飞机的机翼上方是曲率较大的表面,而下方是曲率较小的表面。

根据伯努利方程,飞机上方的流速较大,压力较小,而下方的情况相反。

这种压力差会产生一个向上的力,即升力,使得飞机能够在空中飞行。

2.水泵和水管系统:3.喷气发动机原理:喷气发动机的工作原理也可以通过伯努利方程来解释。

伯努利方程的几种形式的应用

伯努利方程的几种形式的应用

伯努利方程的几种形式的应用
1.流体在管道中的应用:伯努利方程可以用于研究管道流动中的压力
变化。

在理想情况下,管道中的液体或气体流动时,其速度增加,而压力
降低。

通过伯努利方程,可以计算出不同位置的压力以及液体或气体通过
管道的流量。

2.飞机飞行的应用:伯努利方程适用于研究飞机的气动原理。

当飞机
飞行时,空气在飞机的机翼上面流动速度增加,而在下面流动速度减低,
根据伯努利方程,飞机上下表面的压强就会产生差异,从而产生升力和重
力之间的平衡。

3.喷射器和涡轮机的应用:伯努利方程可以用于分析流体在喷射器和
涡轮机中的运动。

喷射器中的高速流体喷出,通过伯努利方程可以计算出
流体的速度和压力。

涡轮机则是利用流体的速度对转子产生动力,通过伯
努利方程可以计算出转子的输出功率。

4.水平管道的应用:伯努利方程可以用于研究水平管道中的流动情况。

在水平管道中,流体的速度减慢,而压力增加。

根据伯努利方程,可以计
算出不同位置的压力和流体的速度。

5.车辆行驶的应用:伯努利方程适用于研究车辆行驶时的空气动力学
原理。

当车辆高速行驶时,车辆前部的气流速度增加,而车辆后部的气流
速度减低,根据伯努利方程,车辆前后部的压强就会产生差异,从而产生
阻力和驱动力之间的平衡。

以上仅是伯努利方程几种形式的应用的一些例子,实际上伯努利方程
在流体力学和流体工程学的应用非常广泛。

它是研究流体力学问题的基础
方程之一,通过对伯努利方程的研究和应用,可以更好地理解和解决与流体力学相关的问题。

伯努利方程原理以及在实际生活中的运用

伯努利方程原理以及在实际生活中的运用

伯努利方程原理以及在实际生活中的运用2011444367 陈高威在我们传输原理学习当中有很多我们实际生活中运用到的原理,其中伯努利方程是一个比较重要的方程。

在我们实际生活中有着非常重要广泛的作用,下面就伯努利方程的原理以及其运用进行讨论下。

伯努利方程p+ρgh+(1/2)*ρv ²=c 式中p、ρ、v分别为流体的压强,密度和速度;h为铅垂高度;g为重力加速度;c为常量。

它实际上流体运动中的功能关系式,即单位体积流体的机械能的增量等于压力差说做的功。

伯努利方程的常量,对于不同的流管,其值不一定相同。

相关应用(1)等高流管中的流速与压强的关系根据伯努利方程在水平流管中有p+(1/2)*ρv ²=常量故流速v大的地方压强p就小,反之流速小的地方压强大。

在粗细不均匀的水平流管中,根据连续性方程,管细处流速大,所以管细处压强小,管粗处压强大,从动力学角度分析,当流体沿水平管道运动时,其从管粗处流向管细处将加速,使质元加速的作用力来源于压力差。

下面就是一些实例伯努利方程揭示流体在重力场中流动时的能量守恒。

由伯努利方程可以看出,流速高处压力低,流速低处压力高。

三、伯努利方程的应用:1.飞机为什么能够飞上天?因为机翼受到向上的升力。

飞机飞行时机翼周围空气的流线分布是指机翼横截面的形状上下不对称,机翼上方的流线密,流速大,下方的流线疏,流速小。

由伯努利方程可知,机翼上方的压强小,下方的压强大。

这样就产生了作用在机翼上的方向的升力。

2.喷雾器是利用流速大、压强小的原理制成的。

让空气从小孔迅速流出,小孔附近的压强小,容器里液面上的空气压强大,液体就沿小孔下边的细管升上来,从细管的上口流出后,空气流的冲击,被喷成雾状。

3.汽油发动机的汽化器,与喷雾器的原理相同。

汽化器是向汽缸里供给燃料与空气的混合物的装置,构造原理是指当汽缸里的活塞做吸气冲程时,空气被吸入管内,在流经管的狭窄部分时流速大,压强小,汽油就从安装在狭窄部分的喷嘴流出,被喷成雾状,形成油气混合物进入汽缸。

关于伯努利方程的解法探讨

关于伯努利方程的解法探讨

伯努利方程是一个常见的概率问题,它可以用来衡量两个事件之间的相关性。

它有三种不同的解法:
1. 枚举法:这是最基本也是最常用的方法。

通过枚举所有可能出现的情况,然后根据已知条件计算出对应情况出现的概率。

2. 蒙特卡洛方法:该方法使用随机数生成器来生成大量随机数字,然后根据已知条件求得伯努利方程中事件A和B之间关联性强弱的参数。

3. 最大似然法: 这是一个在处理复杂问题时更常用到的方法。

它将所要考察事件A和B 之间关联性强弱看作一个变量θ, 然后根据已得到数据去优化θ, 使得θ尽可能地逼近真实情况。

关于伯努利方程的解法探讨

关于伯努利方程的解法探讨

关于伯努利方程的解法探讨
伯努利方程(BernoulliEquation)是属于非线性微分方程的一种,它的具体的描述是通过一些非线性的变量来表达的,在解决物理问题中应用较多,也是我国政治学界研究的热点问题之一。

伯努利方程的解法问题一直是科学家们所关注的课题,为了深入研究伯努利方程的解法,本文对它进行了讨论。

【伯努利方程的定义及特征】
伯努利方程是一种凸性微分方程,描述了通过一系列非线性变量组成的一维函数,其具体形式如下:
y^^=f(x)y+g(x)
其中,y^^表示y的二阶导数,f(x)、g(x)表示非线性变量,但是他们又是凸函数,可以用初等函数解决。

【伯努利方程的解法探讨】
1.t常微分方程的解法
当f(x)、g(x)都是常系数时,伯努利方程可以使用常微分方程的解法进行求解,即可以用常微分方程直接解出y的解析解。

然而,很多时候f(x)、g(x)都不是常系数,这时解决方案就不存在了。

2.t牛顿法求解
牛顿法是一种迭代法,用于求解非线性方程组。

其基本原理是用一阶近似和高次近似的偏微分为基础,根据牛顿迭代公式进行迭代,最终求出y的解析解。

3.t拉格朗日求解法
拉格朗日求解法是伯努利方程的一种特殊的解法,其将伯努利方程的特定的形式转变为可解的非线性有限规划问题。

拉格朗日求解法也是一种迭代法,它通过迭代,可以最终求出y的解析解。

【结论】
伯努利方程的解法问题一直是科学家们所关注的课题,本文对伯努利方程的解法问题进行了探讨,总结出三种求解伯努利方程的方法:常微分解法、牛顿法求解法和拉格朗日求解法。

不同的方法可以提供不同的解法方式,合理地使用可以解决复杂问题。

伯努利方程原理及其应用

伯努利方程原理及其应用

伯努利方程原理及其应用伯努利方程原理是流体力学中的一个重要定理,描述了流体在不同位置的压力、速度和高度之间的关系。

它是基于质量守恒和动量守恒定律得出的。

伯努利方程的应用非常广泛,涉及许多领域,如水力工程、航空航天工程、血液循环等。

P + 1/2ρv² + ρgh = 可以称之为 Bernoulli's Principle 分成三个代表量就是 (pressure), (velocity) and (height)其中,P代表流体的压力,ρ代表流体的密度,v代表流体的流速,g代表重力加速度,h代表流体的高度。

这个方程的意义是,当流体在稳定非粘性的情况下沿着流线流动时,流体在不同位置上的压力、速度和高度之间是相互关联的。

1.水力工程:伯努利方程可以用来研究液体在管道流动中的压力和速度变化。

在水力工程中,通过伯努利方程可以计算水管中的液体流速、压力等参数,从而确定水力机械设备的设计和运行参数。

2.航空航天工程:伯努利方程可以用来研究气体在飞行器周围的流动。

当气体流动速度增加时,伯努利方程能够说明气体的压力减小。

这一原理被应用在飞机的翼型设计中,通过加速飞行器周围的气流,可以产生升力,从而使飞机升起。

3.血液循环:伯努利方程可以用来研究血液在血管中的流动。

血液在动脉和静脉中的流速和压力变化可以通过伯努利方程来描述。

在生理学中,伯努利方程被用来分析血管疾病的发生机制,如动脉瘤、血栓形成等。

4.分离气体传输:伯努利方程在管道气体输送过程中也有重要应用。

通过伯努利方程可以计算气体在管道中的流速和压力变化,从而确定管道的设计和运行参数。

此外,伯努利方程还可以应用于喷射器、超声波仪器、气象学中的风场分析等领域。

总的来说,伯努利方程通过描述流体在不同位置的压力、速度和高度之间的关系,为流体力学的研究和应用提供了基础。

通过对伯努利方程进行分析和应用,可以更好地理解和预测流体力学现象的发生和发展。

伯努利方程原理以及在实际生活中的运用

伯努利方程原理以及在实际生活中的运用

伯努利方程原理以及在实际生活中的运用P + 1/2ρv² + ρgh = 常数其中,P是流体的压力,ρ是流体的密度,v是流体的速度,g是重力加速度,h是流体的高度,右边的常数由流体的初始条件决定。

1.飞机的升力:伯努利方程原理解释了为什么飞机在飞行时能产生升力。

当飞机在飞行时,飞机的上表面与下表面之间的速度差产生了气流加速,根据伯努利原理,气流加速导致了气流压力的降低,使得飞机在上表面产生了较低的压力,从而产生了升力。

2.自动喷水器:自动喷水器利用了伯努利方程原理来提供流体的压力。

当自动喷水器中的水流通过一个细管喷出时,根据伯努利方程原理,水流的速度增加,压力降低,从而使得喷水器可以将水流喷出。

3.喷气发动机:喷气发动机的推力产生也可以通过伯努利方程原理来解释。

喷气发动机通过压缩空气并加热,在喷气管中将高速气体喷出。

根据伯努利方程原理,加热后的气体速度增加,压力降低,从而产生了向后的推力。

4.水下潜艇:潜艇运用了伯努利方程原理来调节深度。

潜艇通过控制舱内水的流动速度来调节潜艇的浮力和重力之间的平衡。

当在舱内增加水流速度时,水流速度增加,压力降低,从而使得潜艇升起;反之,如果减小水流速度,水流压力增加,潜艇下沉。

5.喷泉:喷泉运用了伯努利方程原理实现水柱的升起。

当喷泉底部喷水口速度增加时,压力降低,使得底部的压力小于水柱所受的大气压力,从而使得水柱升起。

总之,伯努利方程原理在很多实际生活中的情景中都有应用。

它的应用范围广泛,涵盖了从飞行器到喷泉等各个领域。

了解并应用伯努利方程原理,有助于我们更好地理解和解释一系列与流体动力学相关的现象和问题。

伯努利方程的应用原理分析

伯努利方程的应用原理分析

伯努利方程的应用原理分析1. 简介伯努利方程是流体力学中的一个基本方程,它描述了流体在不同位置运动时的能量守恒关系。

伯努利方程常被应用于分析和解决与流体流动相关的问题。

本文将对伯努利方程的应用原理进行分析。

2. 伯努利方程的基本概念伯努利方程是由瑞士数学家丹尼尔·伯努利在1738年提出的,它基于流体力学中的一些基本假设,从而得出了流体运动时能量守恒的方程。

伯努利方程的基本形式如下:P + 1/2ρv^2 + ρgh = 常数其中,P代表流体的压力,ρ代表流体的密度,v代表流体的速度,g代表重力加速度,h代表流体的高度。

伯努利方程可以解释为,流体在运动过程中,其压力、速度和高度之间存在着某种守恒关系,即流体在不受外力作用的情况下,这些物理量的总和保持不变。

3. 伯努利方程的应用原理3.1 流体在管道中的运动伯努利方程可以应用于分析流体在管道中的运动。

当流体不受外力作用,且管道没有摩擦损失时,伯努利方程可以简化为以下形式:P1 + 1/2ρv1^2 = P2 + 1/2ρv2^2根据伯努利方程,可以推导出在管道中速度较大的地方压力较小,速度较小的地方压力较大的结论。

现实生活中的水龙头即是一个典型的例子,当水管口的截面积变小,水的速度会增加,同时水压也会降低。

3.2 飞机的升力和抗力分析伯努利方程还可以用于分析飞机在飞行过程中的升力和抗力。

根据伯努利方程,可以得出以下结论:•在机翼上方,飞机的飞行速度较大,气流速度变快,压力变小,从而产生升力。

•在机翼下方,相对于机翼上方,气流速度较慢,压力较大,产生阻力。

这个原理解释了为什么飞机的机翼形状和倾斜角度会影响到飞机的升力和抗力。

3.3 涡轮机的工作原理伯努利方程还可以解释涡轮机的工作原理。

涡轮机是一种能将流体的动能转换成机械能的装置。

当流体通过涡轮机时,伯努利方程可以描述涡轮机内部流体的压力、速度和能量转换的关系。

当流体通过涡轮机时,流体的速度会增加,而压力会降低。

伯努利方程的应用概述

伯努利方程的应用概述

伯努利方程的应用概述伯努利方程是流体力学中十分重要的方程之一,它描述了在不可压缩和不黏滞的流体中,沿着流线,流速增加时压力减小的现象。

这个方程被广泛应用于各种领域,包括流体力学、空气动力学、水力学、航空航天工程等。

本文将对伯努利方程的应用进行概述。

一、流体力学中的应用:1.流体力学实验:伯努利方程可以用来解释在流体力学实验中观察到的现象。

例如,在喷气装置中,当液体从小孔中喷射出来时,其速度增加,压力减小,这可以通过伯努利方程解释。

2.水力学:伯努利方程在研究液体流动、水流以及水力工程中具有广泛的应用。

例如,在水力发电站中,伯努利方程可以用来计算水流速度、水压力以及能量转换等。

3.管道流动:在管道中的流体流动中,伯努利方程可以用来分析不同位置的压力变化。

例如,在一个升压站或者消防设备中,伯努利方程可以用来计算流体的流速、压力以及流量等。

4.飞行器的气动性能:伯努利方程在航空航天工程中的应用是非常重要的。

例如,它可以用来计算飞机机翼产生的升力以及飞机的飞行性能。

二、空气动力学中的应用:1.喷气发动机:伯努利方程在喷气发动机中的应用是十分重要的。

当高速气流通过喷射嘴时,嘴内速度增加,压力降低,通过伯努利方程可以计算出发动机喷气的动力和效率。

2.空气动力学实验:伯努利方程也可以用来解释空气动力学实验中的现象。

例如,在风洞实验中,通过空气通过不同形状的模型,可以通过伯努利方程计算流体的流速、压力以及飞机的气动性能。

三、航空航天工程中的应用:1.飞行器气动性能分析:伯努利方程可以用来分析飞行器在不同飞行状态下的气动性能,例如飞机的升力、阻力等。

通过伯努利方程,可以对飞行器的设计和改进提供重要的参数和数据支持。

2.火箭发动机推力计算:伯努利方程在火箭发动机的设计和性能分析中也具有重要的应用。

通过伯努利方程,可以计算火箭喷射气流的速度、压力以及推力等。

综上所述,伯努利方程在流体力学、空气动力学以及航空航天工程中的应用是广泛而重要的。

(完整word)浅谈伯努利方程的几种解法与应用

(完整word)浅谈伯努利方程的几种解法与应用

本科毕业论文题目:浅谈伯努利方程的几种解法与应用学院:数学与计算机科学学院班级: 数学与应用数学2011级专升本班姓名:张丽传指导教师:王通职称:副教授完成日期: 2013 年 5 月25 日浅谈伯努利方程的几种解法与应用摘要: 本文在研究已经公认的多种伯努利方程解法的前提下,把这些方法进行整合.首先,将各种解法进行分析归类,并总结出几种常见的求解伯努利方程的方法;其次,比较各种解法的优缺点;再次,利用一题多解来巩固文中所介绍的各种解法;最后,略谈伯努利方程在求解里卡蒂方程中的重要应用.关键词: 伯努利方程;变量代换法;常数变易法;积分因子法引言 .............................................................. 1 1 伯努利方程的解法 ................................................ 1 1.1 代换法 ...................................................... 1 1。

1.1 变量代换法、常数变易法的混合运用 ....................... 1 1.1。

2 函数代换法 ............................................. 2 1.1.3 求导法 .................................................. 3 1。

1.4 恰当导数法 ............................................. 3 1.2 直接常数变易法 . (4)1.2。

1 对0)(=+y x P dx dy的通解中c 的常数进行常数变易 ............. 4 1。

2.2 对n y x Q dxdy)(=通解中的常数c 进行常数变易 ................. 4 1.3 积分因子法 .................................................. 5 1。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

本科毕业论文题目:浅谈伯努利方程的几种解法与应用学院:数学与计算机科学学院班级:数学与应用数学2011级专升本班姓名:张丽传指导教师:王通职称:副教授完成日期: 2013 年 5 月25 日浅谈伯努利方程的几种解法与应用摘要: 本文在研究已经公认的多种伯努利方程解法的前提下,把这些方法进行整合.首先,将各种解法进行分析归类,并总结出几种常见的求解伯努利方程的方法;其次,比较各种解法的优缺点;再次,利用一题多解来巩固文中所介绍的各种解法;最后,略谈伯努利方程在求解里卡蒂方程中的重要应用.关键词: 伯努利方程;变量代换法;常数变易法;积分因子法目 录引言 ....................................................................................................................................... 1 1 伯努利方程的解法 ........................................................................................................... 1 1.1 代换法 ....................................................................................................................... 1 1.1.1 变量代换法、常数变易法的混合运用 ........................................................... 1 1.1.2 函数代换法 ....................................................................................................... 2 1.1.3 求导法 ............................................................................................................... 3 1.1.4 恰当导数法 ....................................................................................................... 3 1.2 直接常数变易法 . (4)1.2.1 对0)(=+y x P dx dy的通解中c 的常数进行常数变易 .................................... 4 1.2.2 对n y x Q dx dy)(=通解中的常数c 进行常数变易 ............................................ 4 1.3 积分因子法 ............................................................................................................... 5 1.4 各种方法的比较 ....................................................................................................... 6 1.5 解法举例 ................................................................................................................... 6 2 伯努利方程在里卡蒂方程中的应用 ............................................................................. 10 3 总结 ................................................................................................................................. 11 参考文献 .. (12)引言在高等数学数学分析科学体系中,微分方程是其中非常重要的一个组成部分,而伯努利方程又是一类很重要的一阶非线性常微分方程,在很多学科中都有广泛的应用, 尤其是在物理和化工方面应用非常广.伯努利方程的表达式:n y x Q y x P y )()(=+',这里)(x P 、)(x Q 是关于n 的连续函数,n 为不等于0和1的任意常数.一般地,该方程可以通过一些特殊的方法转化为线性微分方程,进而用解线性微分方程的方法来求解.许多学者在探求伯努利方程解法这方面做出了卓著的贡献,本文在充分分析这些贡献的基础上,根据各种解法的特点,将它们进行了归类总结,有利于我们对各种解法进行深刻的理解和认识.在数学学习过程中,一题多解不仅能帮助学生很好地掌握所学知识,而且还能扩散学生的思维,进而培养学生的创新精神、提高创新能力,这正符合新课标对学生的要求.为了更进一步地掌握各种解法,在本文中我采用了一题多解,上下对比,一目了然.同时,探讨了伯努利方程在求解里卡蒂方程中的应用.本文主要有两大板块构成,具体如下:首先,是伯努利方程的解法及举例,主要浅谈了伯努利方程的变量代换法、常数变易法、积分因子法三种方法;其次,是伯努利方程的应用,主要浅谈了伯努利方程在里卡蒂方程求解中的应用. 1 伯努利方程的解法 1.1 代换法1.1.1 变量代换法、常数变易法的混合运用伯努利方程()()ndyP x y Q x y dx+=(n ≠0,1). (1.0) 求解步骤如下(1) (1.0)式两端同除以n y 得 )()(1x Q y x P dxdyy n n=+--. (*) (2) 变量代换令n y z -=1即可将上式化为一阶线性非齐次微分方程)()1()()1(x Q n z x P n dx dz-=-+ . (1.1) (3) 常数变易首先,通过对(1.1)式所对应的齐次方程通解中的常数1c 进行常数变易变为1()c x ;然后,经过一系列的求解过程求得方程(1.1)式的通解.① 先求z x P n dx dz)()1(-=的通解.经变量分离后对方程两边一起积分求得一阶线性齐次微分方程的通解(1)()1n P x dxz c e -⎰=⋅. (a)② 再对(a)式中的1c 进行常数变易变为1()c x ,得(1.1)式的通解,将此通解代入 (1.1)式得(1)()12()(1)()n P x dxc x n Q x edx c -⎰=-+⎰,从而得(1.1)式通解(1)()(1)()2[(1)()]n P x dxn P x dxz en Q x edx c --⎰⎰=-+⎰.(4) 变量代换令21cc n=-,接下来将n y z -=1代到上式得(1.0)式的通解])([)1()()1()()1(1⎰+⎰⎰-=---c dx e x Q e n y dxx P n dx x P n n (c 为任意常数). 当0>n 时,方程还有解0=y . 1.1.2 函数代换法定理 若)()(x g x f y =是(1.0)式的通解且⎰=-dx x P e x g )()(,则(1.0)式的通解为])([)1()()1()()1(1⎰+⎰⎰-=---c dx ex Q en y dxx P n dxx P n n .证明 对)()(x g x f y =两边求导得)()()()(x g x f x g x f y '+'=',将上式代入(1.0)式得)()()()()()()()()()(x g x f x Q x g x f x P x g x f x g x f n n =+'+',整理得)()()()]()()()[()()(x g x f x Q x g x P x g x f x g x f n n =+'+' . (1.2)因为⎰=-dxx P e x g )()(, 所以0)()()(=+'x g x P x g . 将上式代入(1.2)式得)()()()()(x g x f x Q x g x f n n =', 整理得⎰='--dxx P n nex Q x f x f )()1()()()( ,两边积分得⎰+⎰-=--])()[1()()()1(1c dx e x Q n x f dxx P n n,则(1.0)式的通解为 ])([)1()()1()()1(1⎰+⎰⎰-=---c dx ex Q e n y dxx P n dx x P n n (c 为任意常数).当0>n 时,方程还有解0=y . 1.1.3 求导法令)()(1x N y x M z n +=-,则)()(1x M x N z yn-=-.对上式两边求导得)()()1()(1x N y y x M n y x M z n n '+'-+'='--,即有11[()()].(1)()n n y y z N x M x y n M x --''''=---,代入(*)式得0)()()1()()]()()()1[(1=--'-'--+'-x M x Q n x N y x M x P x M n z n .令0)()()()1(='--x M x P x M n ,0)()()1()(=-+'x M x Q n x N . 则上式变为0='z ,解得1z c =. 解得⎰=-dxx P n ex M )()1()( , ⎰⎰-=-dx ex Q n x N dxx P n )()1()()1()(.从而(1)()(1)()11[(1)()]n P x dxn P x dxn y en Q x edx c ---⎰⎰=-+⎰,令11c c n=-则(1.0)式的通解为 ])([)1()()1()()1(1⎰+⎰⎰-=---c dx e x Q e n y dxx P n dx x P n n (c 为任意常数). 当0>n 时,方程还有解0=y .1.1.4 恰当导数法令⎰=-dx x P e x v )()(,有⎰-='-dxx P e x P x v )()()(,即)()()(x v x v x P '-=,则(1.0)式变形为)()()()()(11x v y x v x Q y x v x v y n n n --='-', 11])()[()()()(--='-'n n x v y x v x Q x v x v y y , ()()11])()[()()(ln ln --='-'n n x v y x v x Q x v y ,11])()[()()(ln --='⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛n n x v y x v x Q x v y ,设z x v y )(=得11)()()(ln --='n n z x v x Q z ,)()(1x v x Q zz n n -=', 两边积分解之得])()()[1(11⎰+-=--c dx x v x Q n z n n ,则(1.0)式的通解为])([)1()()1()()1(1⎰+⎰⎰-=---c dx ex Q en ydxx P n dxx P n n(c 为任意常数). 当0>n 时,方程还有解0=y .1.2 直接常数变易法1.2.1 对0)(=+y x P dx dy的通解中的常数进行常数变易 ()0dyP x y dx+=的通解为 ()1P x dxy c e -⎰=,经常数变易得()1()P x dx y c x e -⎰=.令上式为(1.0)式的通解,将其代入(1.0)式得 ()()11()()()P x dx n P x dxn c x e c x e Q x --⎰⎰'=⋅,即得(1)()11()()()n P x dx n c x e Q x c x -'⎰=⋅, 两边同时积分得(1)()11()(1)()n P x dx n c x n Q x e dx c --⎡⎤⎰=-+⎢⎥⎣⎦⎰, 则(1.0)式的通解为])([)1()()1()()1(1⎰+⎰⎰-=---c dx ex Q en y dxx P n dxx P n n (c 为任意常数). 当0>n 时,方程还有解0=y .1.2.2 对n y x Q dxdy)(=通解中的常数c 进行常数变易 该方法的独特之处是先解方程n y x Q dx dy)(= , (1.3)再经常数变易求(1.0)式的通解. 基本步骤为(1)利用变量分离法解式(1.3)得11(1)[()]n y n Q x dx c -=-+⎰.(2)经常数变易后(1.0)式的通解为11(1)[()()]n y n Q x dx c x -=-+⎰ . (1.4)(3)同时对 (1.4) 式两边进行求微分得1()()n dc x dyy Q x dx dx -=+ . (1.5)(4)将 (1.4)、(1.5)代入(*)式得11()(1)()()()dc x n P x Q x dx c x dx ⎡⎤=-+⎣⎦⎰. (5)仔细观察后发现上式为关于1()c x 的一阶线性非齐次方程,则(1)()(1)()1()[(1)()()]n P x dxn P x dxc x en P x Q x dx edx c --⎰⎰=⋅-⋅⋅+⎰⎰. (1.6)(6)将(1.6)式代到 (1.4) 式得 ⎰⎰⎰+⎰⋅-⎰-+-=---])()()1([)1()()1()()1()()1()1(c dx e dx x Q x P n e n dx x Q n y dxx P n dx x P n n .(7)由数学分析中常用的分部积分公式⎰⎰-=vdu uv udv ,令⎰=dx x Q u )(, ⎰=-dxx P n e v )()1(,则(1.0)式的通解为])([)1()()1()()1(1⎰+⎰⎰-=---c dx ex Q en y dxx P n dxx P n n(c 为任意常数).当0>n 时,方程还有解0=y . 1.3 积分因子法对(1.0)式两端同乘以n y -,经过一系列的整理得0))()((1=+---dy y dx x Q y x P n n , (1.7)从而有)()(),(1x Q y x P y x M n -=- ,n y y x N -=),(.则)()1(),(),(),(1x P n x y x N y y x M y x N -=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂-∂∂⋅. 则由课本所学知(1.7)式的积分因子为⎰=-dxx P n ex u )()1()(,将⎰=-dxx P n ex u )()1()(乘以(1.7)式得dx ex P y dy eydx e x Q dxx P n n dxx P n ndxx P n ])([][])([)()1(1)()1()()1(⎰+⎰=⎰-----, (1.8)对(1.8)式右边进行凑微分得][])()1[()()1(1)()1(⎰⋅=⎰⋅⋅----dxx P n n dxx P n ey d dx ex Q n ,两边同时积分得⎰⋅=+⎰⋅⋅----⎰dxx P n n dxx P n ey c dx ex Q n )()1(11)()1()()1(,整理得⎰+⎰-⋅⎰=---])()1[(1)()1()()1(1c dx ex Q n ey dxx P n dxx P n n .令)1(1n c c -=,则(1.0)式的通解为 ])([)1()()1()()1(1⎰+⎰⋅⎰⋅-=---c dx ex Q e n y dxx P n dxx P n n (c 为任意常数). 当0>n 时,方程还有解0=y . 1.4 各种方法的比较由上述讲解可以看出:总的来说讲解了三种方法.1.1.1所介绍的解法的解题思路是:首先,将伯努利方程(一阶非线性微分方程)化为我们比较熟悉的一阶线性非齐次方程;其次,通过一阶线性非齐次方程的求解步骤求其通解,然后再将变量回代,求伯努利方程的通解.1.2.1介绍的解法解题思路是把伯努利方程所对应的齐次方程的通解中的常数c 变成)(x c ,将其代到(1.0)式,经过一系列的计算求出)(x c ,再把)(x c 带回去求出伯努利方程的通解;1.2.2介绍的解法关键是利用分部积分法将通解简化.1.3介绍的解法关键就是找到积分因子,将伯努利方程进行凑微分,然后再求解.在前面七种解法中,最容易先想到的就是1.1.1和1.2.1所介绍的解法,1.1.1介绍的方法计算过程稍微有点复杂,1.2.1介绍的方法则相对简单一些;1.2.2介绍的这种方法虽然简单,但一般由于思维定势我们不容易想到这种方法;而 1.1.4所介绍的方法计算过程复杂且不易想到.1.1.2、1.1.3所介绍的这两种方法虽然计算过程稍微简单些但技巧性比较强.1.3所介绍的方法使用比较巧妙,它的巧妙之处在于将(1.0)式化为(1.7)式,其计算过程简洁,方法简单.本人推荐大家使用积分因子法和第一种常数变易法,或者第一种方法.1.5 解法举例例1 利用上面所介绍的不同方法求2y y x y ='-的通解解 现将方程2y y x y ='-变为标准型的伯努利方程, 即xy x y dx dy 2-=- , ① 则有x x P 1)(-= , xx Q 1)(-=. 解法一(变量代换法、常数变易法的混合运用) 在①两边同除以2y 得x xydx dy y 1112-=-. 令yz 1=,则 x x z dx dz 1=+.将0=+x z dx dz 通解中的常数变易后得xx z dx dz 1=+的通解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎰⎰=⎰-c dx e x e z dx x dx x 111,即)(1c x xz +=, 故原方程的通解cx xy +=(c 为任意常数). 解法二(函数代换法) 令)()(x g x f y =为①式的通解, 由上述讲解知x ex g dxx =⎰=1)(,⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎰--=⎰-1111)(c dx e x x fdx x .令1c c -=,则c x x f+=-)(1,故原方程的通解cx xy +=(c 为任意常数). 解法三(求导法)令)()(1x N y x M z +=-, 由上述讲解知xex M dxx =⎰=1)(,x dx e xx N dxx -=⎰-=⎰11)(. 从而xcx x M x N c y +=-=)()]([1. 故原方程的通解cx xy +=(c 为任意常数). 解法四(恰当导数法) 令 1()()dxP x dxx v x e ex -⎰⎰===,由上述讲解知11[()()]z Q x v x dx x c -==-⎰.令1c c -=,则c x z+=-1.从而111()x cy z v x x---+==. 故原方程的通解cx xy +=(c 为任意常数). 解法五(直接常数变易法)(一)、对①式所对应的齐次方程的通解中的常数进行常数变易得①式的通解由于0=-x ydx dy 的通解为cx ce y dxx P =⎰=-)(. 经常数变易后则x x c y )(=为①式的通解 从而)()(2x c x c -='.整理得1)()(2=-'x c x c ,即c x x c +=)(1, 从而cx x c +=1)( . 故原方程的通解cx xy +=(c 为任意常数). (二)、先解方程xy dx dy 2-=,然后经常数变易求①式的通解 由上述讲解知cx xy +=(c 为任意常数). 解法六(积分因子法) 整理得方程01)11(2=--dy ydx x xy . ②x xy y x M 11),(-= , 21),(y y x N -=.21),(xy y y x M -=∂∂ , 0),(=∂∂yy x N .21),(),(xy x y x N y y x M -=∂∂-∂∂.x y x N xy x N y y x M 1),(),(),(=∂∂-∂∂. ②式的积分因子为x ex u dxx =⎰=1)(.②式乘以积分因子得0)11(2=--dy yxdx y .经凑微分得c x yx=-.所以cx xy +=(c 为任意常数). 注 由以上例题的各种解法的解题过程可以清晰的看出解法二、三、四的解题步骤均很少,但它们的技巧性比较强,一般我们不容易想到;解法一、五(一)、六我们在学习其它微分方程时有涉略,我们很容易接受;解法五(二)虽然也是常数变易法,但是由于我们之前都是对一阶线性齐次微分方程的通解中的常数进行常数变易,所以不太容易想到这个办法.总之,最好用的是解法五(一)、六,实在想不到就直接用解法一.2 伯努利方程在里卡蒂方程中的应用里卡蒂方程 )()()(2x R y x Q y x P dx dy++= , (2.0)其中)(x P ,)(x Q ,()R x 都是连续函数.当0)(=x R 时, (2.0)式是伯努利方程,由前面几种方法均可求得其通解.当0)(≠x R 时,若(2.0)式的一个特解为1()y y x =,作变量替换1()()()y x z x y x =+,则1dy dy dz dx dx dx =+, 代入原方程得)())(())((1211x R y z x Q y z x P dxdy dx dz ++++=+ [])()()()()(2)(12112x R y x Q y x P z x Q y x P z x P +++++=. 所以1()y y x =是原方程的特解.)()()(1211x R y x Q y x P dx dy ++=. []21)()()(2z x P z x Q y x P dx dz++=. 上式是一个关于z 的伯努利方程且2n =,则上式的通解为()()⎰+⎰⎰-=---])([)1()(11)(1111c dx e x Q e n z dxx P n dx x P n n , 这里[]11()2()()P x P x y Q x =-+,1()()Q x P x =. 可求得[][]⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎰⎰-=⎰++--c dx e x P e z dx x Q y x P dx x Q y x P )()(2)()(2111)(, 即[][]⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎰⎰-=-⎰++-c dx e x P e x y x y dx x Q y x P dx x Q y x P )()(2)()(2111)()()(1. 从而原方程的通解为[][]1)()(2)()(2111)()()(-++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎰⎰-=⎰c dx e x P e x y x y dx x Q y x P dx x Q y x P (c 为任意常数). 例2 2)(22=+'y y x . 解 整理得 222xy dx dy +-= ③由③式1)(-=x P ,0)(=x Q ,22)(x x R =.原方程的一个特解为xy 11-=,作变量代换xx z y 1)(-=, 则有21)(xdx x dz dx dy +=, 将上式代入③得222121)()(x x x x z dx x dz -+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=. 整理得)()(2)(2x z x z xdx x dz -=为伯努利方程,由伯努利通解公式得⎪⎭⎫⎝⎛+--=-1321311)(c x x x z , 即13233)(c x x x z -=.令13c c -=,从而cx x x z +=323)(.又由xx z y 1)(-=得原方程的通解为 xc x x y 1332-+= (其中c 是任意常数).3 总结文中所阐述的解法对一般伯努利方程都适用.在使用变量代换法时,可根据实际采用合适的变量替换.由于变量代换法、常数变易法的混合运用法我们在课本中学习伯努利方程时就已经讲过如何使用常数变易法解一阶线性非齐次方程,从而用变量代换法、常数变易法的混合运用法解伯努利方程也就比较容易.对于积分因子法,它对伯努利方程来说是一种独特的方法,具有较好的实际应用价值.总之,在求解方程时,可采用简单的解法或你熟练掌握的解法.关于应用方面,本文只是给出了在求解一阶非线性微分方程——里卡蒂方程中的应用,但在实际生活中,伯努利方程在物理和化工方面都有很广泛的应用,这些都有待于我们进一步去探讨,从而进一步了解伯努利方程在常微分方程这门学科中的重要地位,只有很好地掌握了伯努利方程的各种解法才能很好地解决一些用到伯努利方程的实际问题.参考文献[1] 艾英.伯努利(Bernoulli)方程的几种解法[J].焦作大学学报(综合版),1997,34(3):57-58.[2] 李信明.Bernoulli方程通解的一种简捷求法[J].昌潍师专学报,2000,19(2):87.[3] 常季芳,李高.关于伯努利方程的几种新解法[J].雁北师范学院学报,2007,23(2):89-91.[4] 王高雄,周之铭,等.常微分方程(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2006:45-48.[5] 王克,潘家齐.常微分方程[M].北京:高等教育出版社,2005:27.[6] 胡劲松,郑克龙.用“积分因子法”求解Bernoulli方程[J].四川理工学院学报,2005,12(3):86-87.[7] 张玉平.用变量替换求解几类常见的一阶线性微分方程[J].企业家天地(理论版),2010,129(4):199.[8] 王玮.一阶线性微分方程与贝努利方程的解法[J].焦作大学学报(综合版),1994,21(2):39-41.[9] A garwal R P, Bohner M, Oregand, etc. Dynamic equations on time scales: A survey[J]. J. compAppl math, 2002, 141(12): 22-26.[10] Agarmal R P, Wong Fu-shsiang. Existence of positive solution for nonpositive higher orderVBVPS [J]. J. comp. Appl math, 1988, 12(88): 12-14.Talking on Several Solutions and Application ofBernoulli EquationAbstract::On the basis of referring and studying a variety of existing Bernoulli equation solutions, this article integrates them. Firstly, it analyzes and classifies all kinds of solutions, and summarizes several common methods of solving Bernoulli equation. Secondly, it compares the advantages and disadvantages of the various solutions. Then, it uses multiple solutions of an example to consolidate a variety of solutions described in this article. Finally, it talks the important application of the Bernoulli equation in solving Ricatti equation.Key words: Bernoulli equation; substitution method; constant variation; an integration factor.。

相关文档
最新文档