一阶常微分方程解法总结

第 一 章 一阶微分方程的解法的小结

⑴、可分离变量的方程: ①、形如

)()(y g x f dx

dy

= 当0)(≠y g 时,得到

dx x f y g dy

)()

(=,两边积分即可得到结果; 当0)(0=ηg 时,则0)(η=x y 也就是方程的解。 例1、1、

xy dx

dy

= 解:当0≠y 时,有

xdx y

dy

=,两边积分得到)(2ln 2为常数C C x y +=

所以)(112

12

C x e C C e

C y ±==为非零常数且

0=y 显然就是原方程的解;

综上所述,原方程的解为)(12

12

为常数C e

C y x =

②、形如0)()()()(=+dy y Q x P dx y N x M

当0)()(≠y N x P 时,可有

dy y N y Q dx x P x M )

()

()()(=,两边积分可得结果; 当0)(0=y N 时,0y y =为原方程的解,当0(0=）

x P 时,0x x =为原方程的解。 例1、2、0)1()1(2

2

=-+-dy x y dx y x 解:当0)1)(1(22

≠--y x 时,有

dx x x

dy y y 1

122-=-两边积分得到 )0(ln 1ln 1ln 22≠=-+-C C

y x ,所以有)0()1)(1(22≠=--C C

y x ;

当0)1)(1(2

2

=--y x 时,也就是原方程的解; 综上所述,原方程的解为)()1)(1(2

2

为常数C C y x =--。

⑵可化为变量可分离方程的方程:

①、形如

)(x y

g dx dy = 解法:令x y u =,则udx xdu dy +=,代入得到)(u g u dx

du

x =+为变量可分离方程,得到

)(0),,(为常数C C x u f =再把u 代入得到)(0),,(为常数C C x x

y

f =。

②、形如)0(),(≠+=ab by ax G dx

dy

解法:令by ax u +=,则b du adx dy +=,代入得到)(1u G b

a

dx du b =+为变量可分离方程,得

到)(0

),,(为常数C C x u f =再把u 代入得到)(0),,(为常数C C x by ax f =+。

③、形如

)(2

221

11c y b x a c y b x a f dx dy ++++= 解法:0

1、

02

211=b a b a ,转化为

)(by ax G dx

dy

+=,下同①; 02、

022

1

1≠b a b a ,⎩⎨⎧=++=++00

222111

c y b x a c y b x a 的解为),(00y x ,令⎩⎨⎧-=-=0

0y y v x x u 得到,)()(

)(221

12211u v g u

v b a u v b a f v b u a v b u a f du dv =++=++=,下同②; 还有几类:xy u dy xy xg dx xy yf ==+,0)()(

xy v xy f dx dy x ==),(2

22),(x

y w x y xf dx dy == θθsin ,cos ,0))(,())(,(r y r x ydx xdy y x N ydy xdx y x M ===-++

以上都可以化为变量可分离方程。 例2、1、

2

5

--+-=y x y x dx dy 解:令2--=y x u ,则du dx dy -=,代入得到u

u dx du 7

1+=

-

,有dx udu 7-= 所以)(72

2

为常数C C x u +-=,把u 代入得到)(72

22

为常数）

（C C

x y x =+--。

例2、2、

1

212+-+-=y x y x dx dy 解:由⎩⎨⎧=+-=+-012012y x y x 得到⎪⎩⎪⎨⎧=-=3131y x ,令⎪⎩

⎪⎨⎧-=+=3131y v x u ,有⎩⎨⎧==du dx dv dy ,代入得到

u

v

u v

v u v u du dv 21222--

=

--=,令u v t =,有udt tdu dv +=,代入得到t t du dt u t 212--=+,化简得到,)1(2)1(22221222t t t t d dt t t t u du +-+--=+--=,有)(2

)1ln(ln 2为常数C C t t u ++--=,所以

有)(112

1C e C t

t C u ±=+-=

，,故代入得到)0(,3131313113

1

12

1

≠⎪⎪⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛+-++-

-

=+

C x y x y C x

(3)、一阶线性微分方程: 一般形式:)()()01x h y x a dx

dy

x a =+（ 标准形式:

)()(x Q y x P dx

dy

=+ 解法:1、直接带公式:

))(()()()()()()(⎰

⎰+⎰⎰=⎰⎰+⎰=---C dx x Q e e dx x Q e e Ce y dx x P dx x P dx x P dx x P dx x P 2、积分因子法:

])()([)

(1

)(⎰+=

C dx x Q x x x y μμ,⎰=dx x P e x )()(μ 3、IVP:

)()(x Q y x P dx

dy

=+,00)(y x y = ⎰⎰⎰+⎰=+⎰

⎰=-

-

x x ds

s P ds

s P x x ds

s P ds

s P dt e t Q e

y y dt e t Q e

y t

x t

x x

x x

x 0

00

)()(00)()()())((

例3、1)1()

1(++=-+n x x e ny dx dy

x 解:化简方程为:n x x e y x n dx dy )1(1+=+-,则;)1()(,1

)(n x x e x Q x n

x P +=+-=

代入公式得到n dx

x n

dx

x P x e

e x -1)()1()(+=⎰=⎰

=+-μ

所以,)()()1(])1()1([)1()(为常数C C e x C dx x e x x x y x

n

n

x

n

n

++=++++=⎰

-

(4)、恰当方程:

形如dy y x N dx y x M dG t s y x G dy y x N dx y x M ),(),(..),,(,0),(),(+=∃=+ 解法:先判断就是否就是恰当方程:

如果有

x

y x N y y x M ∂∂=∂∂)

,(),(恒成立,那么原方程就是个恰当方程,找出一个