(整理)常微分方程总结

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常微分方程小结

常微分方程小结常微分:常微分方程：只含一个自变量的微分方程. 方程22()d y dybcy f t dt dt++= （1.11） 20dy dy t y dt dt ⎛⎫++= ⎪⎝⎭（1.12） 22sin 0d y gy dt l+= （1.13）是常微分方程的例子，y 是未知函数，仅含一个自变量t .微分方程的阶数：微分方程中出现的最高阶导数的阶数.例如，方程（1.12）、（1.13）是二阶的常微分方程，一般的n 阶微分方程具有形式(,,,,)0n n dy d yF x y dx dx = （1.14）这里(,,,,)n n dy d y F x y dx dx 是x 、y 、dy dx 、…、n nd ydx 的已知函数，而且一定含有n nd ydx；y 是未知函数，x 是自变量. 第二章初等积分法§1 变量分离方程与变量变换1、变量分离方程1) 变量分离方程形如()()dyf xg y dx= （2.1）的一阶微分方程，称为变量分离方程，其中函数()f x 在区间（a,b ）上连续，()g y 在区间（c,d ）上连续且不等于0. 2) 求解方法如果()0g y ≠，方程(2.1)可化为，()()dyf x dxg y =这样变量就分离开了,两边积分,得到()()dyf x dx cg y =+⎰⎰ （2.2）把,()()dy f x dx g y ⎰⎰分别理解为1,()()f x y ϕ的某一个原函数. 容易验证由（2.2）所确定的隐函数(,)y x c ϕ=满足方程（2.1）.因而（2.2）是（2.1）的通解.如果存在0y 使0()0g y =，可知0y y =也是（2.1）的解.可能它不包含在方程的通解（2.2）中，必须予以补上.3) 例题例1 求解方程dy x dx y=- 解将变量分离，得到ydy xdx =- 两边积分，即得22222y x c=-+ 因而，通解为22x y c += 这里的c 是任意的正常数. 或解出显式形式y =例2 解方程2cos dyy x dx= 解将变量分离，得到 2cos dyxdx y = 两边积分，即得1sin x c y-=+ 因而，通解为1sin y x c=-+这里的c 是任意的常数.此外，方程还有解0y =.注: 1.常数c 的选取保证(2.2)式有意义.2.方程的通解不一定是方程的全部解,有些通解包含了方程的所有解，有些通解不能包含方程的所有解.此时，还应求出不含在通解中的其它解, 即将遗漏的解要弥补上.3.微分方程的通解表示的是一族曲线，而特解表示的是满足特定条件00()y x y =的一个解，表示的是一条过点00(,)x y 的曲线.2、可化为变量分离方程的类型1）.形如 dy y g dx x ⎛⎫= ⎪⎝⎭（2.5）的方程，称为齐次方程，这里的()g u 是u 的连续函数.另外,ⅰ)对于方程(,)(,)dy M x y dx N x y = 其中函数(,)M x y 和(,)N x y 都是x 和y 的m 次齐次函数，即对0t >有(,)(,)m M tx ty t M x y ≡ (,)(,)mN t x t y t N x y≡事实上，取1t x=，则方程可改写成形如(2.5)的方程. (1,)(1,)(1,)(1,)m m y yx M M dy x x y y dx x N N x x== ⅱ)对方程 (,)dyf x y dx= 其中右端函数(,)f x y 是x 和y 的零次齐次函数，即对0t >有(,)(,)f tx ty f x y =则方程也可改写成形如(2.5)的方程(1,)dy y f dx x= 对齐次方程（2.5）利用变量替换可化为变量分离方程再求解.令yu x=（2.6）即y ux =，于是dy du x u dx dx=+ （2.7）将（2.6）、（2.7）代入（2.5），则原方程变为 ()dux u g u dx+= 整理后，得到()du g u u dx x-= （2.8）方程（2.8）是一个可分离变量方程，按照变量分离法求解，然后将所求的解代回原变量，所得的解便是原方程（2.5）的解.例4 求解方程dy y y tg dx x x=+ 解这是齐次方程，以,y dy duu x u x dx dx ==+代入，则原方程变为 dux u u tgu dx+=+ 即du tgu dx x= （2.9）分离变量，即有dxctgudu x= 两边积分，得到ln sin ln u x c =+ 这里的c是任意的常数，整理后，得到 sin u cx =（2.10）此外，方程（2.9）还有解0tgu =,即sin 0u =. 如果（2.10）中允许0c =，则sin 0u =就包含在（2.10）中，这就是说，方程（2.9）的通解为（2.10）.代回原来的变量，得到原方程的通解为sin ycx x= 例如求解方程13d y x y d x x y -+=+- （2.11）解解方程组 1030x y x y -+=⎧⎨+-=⎩ 得1, 2.x y ==令12x X y Y =+⎧⎨=+⎩代入方程（2.11），则有 dY X YdX X Y -=+ （2.12）再令Yu X= 即 Y u X = 则（2.12）化为2112dX udu X u u+=-- 两边积分，得22ln ln 21X u u c=-+-+ 因此22(21)c X u u e +-=±记1,c e c ±=并代回原变量，就得2212Y XY X c +-= 221(2)2(1)(2)(1)y x y x c -+----= 此外，易验证2210u u +-= 即2220Y XY X +-= 也就是（2.12）的解.因此方程（2.11）的通解为22262y xy x y x c +---= 其中c 为任意的常数.注：1.对于齐次方程dy y g dx x ⎛⎫= ⎪⎝⎭的求解方法关键的一步是令y u x =后，解出y ux =，再对两边求关于x 的导数得dy du u x dx dx=+，再将其代入齐次方程使方程变为关于,u x 的可分离方程.2.齐次方程也可以通过变换xv y=而化为变量分离方程.这时x vy =，再对两边求关于y 的导数得dx dv v y dy dy =+，将其代入齐次方程dxx f dy y ⎛⎫= ⎪⎝⎭使方程变为,v y 的可分离方程小结：这一讲我们主要讲解了一阶微分方程的可分离变量法和齐次方程的dy y g dx x ⎛⎫= ⎪⎝⎭形状的解法.而这一齐次方程通过变量替换任然可化为可分离方程，因而，一定要熟练掌握可分离方程的解法.2）形如111222a xb yc dy dx a x b y c ++=++ （2.13）的方程经变量变换化为变量分离方程，这里的121212,,,,,a a b b c c 均为常数.分三种情况来讨论（1）120c c ==情形. 这时方程（2.11）属齐次方程，有1122a x b y dy y g dx a x b y x +⎛⎫== ⎪+⎝⎭此时，令yu x=，即可化为变量可分离方程. （2）11220a b a b =，即1122a ba b =的情形. 设1122a b k a b ==，则方程可写成22122222()()()k a x b y c dy f a x b y dx a x b y c ++==+++ 令22a x b y u +=，则方程化为 22()dua b f u dx=+ 这是一变量分离方程.（3）1112220,a b c c a b ≠及不全为零的情形.这时方程（2.11）右端的分子、分母都是,x y 的一次式，因此 1112220a x b y c a x b y c ++=⎧⎨++=⎩ （2.14）代表xy 平面上两条相交的直线，设交点为(,)αβ.显然，0α≠或0β≠，否则必有120c c ==，这正是情形（1）（只需进行坐标平移，将坐标原点(0,0)移至(,)αβ就行了，若令X x Y y αβ=-⎧⎨=-⎩ （2.15）则（2.14）化为11220a X b Y a X b y +=⎧⎨+=⎩从而（2.13）变为1122a X bY dY Y g dX a X b Y X +⎛⎫== ⎪+⎝⎭（2.16）因此，得到这种情形求解的一般步骤如下：(1)解联立代数方程（2.16），设其解为,x y αβ==； (2)作变换（2.17）将方程化为齐次方程（2.18）； (3)再经变换Yu X=将（2.18）化为变量分离方程； (4)求解上述变量分离方程，最后代回原变量可得原方程（2.15）的解. 上述解题的方法和步骤也适用于比方程（2.15）更一般的方程类型 111222a x b y c dy f dx a x b y c⎛⎫+== ⎪++⎝⎭此外，诸如()dyf ax by c dx++ ()()0y xy dx xg xy dy += 2()dyxf xy dx=2dy y xf dx x ⎛⎫= ⎪⎝⎭以及(,)()(,)()0M x y xdx ydy N x y xdy ydx ++-=（其中,M N 为,x y 的齐次函数，次数可以不相同）等一些方程类型，均可通过适当的变量变换化为变量分离方程.§2 恰当方程与积分因子1、恰当方程的定义将一阶微分方程 (,)dyf x y dx= 写成微分的形式(,)0f x y dx dy -= 把,x y 平等看待，对称形式的一阶微分方程的一般式为(,)(,)0M x y dx N x y dy += （2.21）假设(,),(,)M x y N x y 在某区域G 内是,x y 的连续函数，而且具有连续的一阶偏导数. 如果存在可微函数(,)u x y ,使得(,)(,)du M x y dx N x y dy =+ (2.22)即(,), (,)u u M x y N x y x y∂∂==∂∂ (2.23) 则称方程(2.43)为恰当方程,或称全微分方程.在上述情形,方程(2.43)可写成(,)0du x y ≡,于是 (,)u x y C ≡就是方程(2.21)的隐式通解,这里C 是任意常数(应使函数有意义).2、恰当方程的判定准则定理1设(,),(,)M x y N x y 在某区域G 内连续可微,则方程(2.43)是恰当方程的充要条件是, (,)M Nx y G y x∂∂=∈∂∂ (2.24) 而且当(2.46)成立时,相应的原函数可取为0(,)(,)(,)xyx y u x y M s y ds N x t dt =+⎰⎰ (2.25)或者也可取为0(,)(,)(,)yxy x u x y N x t dt M s y ds =+⎰⎰ (2.26)其中00(,)x y G ∈是任意取定的一点.证明先证必要性.因为(2.43)是恰当方程,则有可微函数(,)u x y 满足(2.23), 又知(,),(,)M x y N x y 是连续可微的,从而有22M u u Ny y x x y x∂∂∂∂===∂∂∂∂∂∂ 下面证明定理的充分性,即由条件(2.23),寻找函数(,)u x y ,使其适合方程(2.22).从(2.25)可知(,)uN x y y∂=∂ 000000(,)(,) =(,)(,) =(,)(,)(,)yy y x y yy y u M x y N x t dt x x M x y N x t dtM x y M x t dt M x y ∂∂=+∂∂++=⎰⎰⎰即(2.23)成立,同理也可从(2.25)推出(2.23).例1. 解方程21()02x xydx dy y++=(2.27)解这里21, =()2x M xy N y=+,则y x M x N ==,所以(2.27)是恰当方程.因为N 于0y =处无意义,所以应分别在0y >和0y <区域上应用定理,可按任意一条途径去求相应的原函数(,)u x y .先选取00(,)(0,1)x y =,代入公式(2.25)有 22011()ln 22xyx x u xdx dy y y y =++=+⎰⎰再选取00(,)(0,1)x y =-,代入公式(2.47)有22011()()ln()22xyx x u x dx dy y y y -=-++=+-⎰⎰可见不论0y >和0y <,都有2ln ||2x u y y =+ 故方程的通解为2ln ||2x y y C +=. 3、积分因子的定义及判别对于微分形式的微分方程(,)(,)0M x y dx N x y dy +=（2.21）如果方程（2.21）不是恰当方程，而存在连续可微的函数(,)0x y μμ=≠，使得(,)(,)0M x y dx N x y dy μμ+= (2.31)为一恰当方程，即存在函数(,)v x y ，使(,)(,)M x y dx N x y dy dv μμ+≡则称(,)x y μ是方程（2.21）的积分因子.此时(,)v x y C =是(2.51)的通解，因而也就是（2.21）的通解.如果函数(,),(,)M x y N x y 和(,)x y μ都是连续可微的,则由恰当方程的判别准则知道,(,)x y μ为(2.21)积分因子的充要条件是M Ny xμμ∂∂=∂∂ 即 ()M NNM x y y xμμμ∂∂∂∂-=-∂∂∂∂ (2.32) 4、积分因子的求法方程(2.32)的非零解总是存在的，但这是一个以μ为未知函数的一阶线性偏微分方程，求解很困难，我们只求某些特殊情形的积分因子. 定理2 设(,),(,)M M x y N N x y ==和(,)x y ϕϕ=在某区域内都是连续可微的，则方程（2.32）有形如((,))x y μμϕ=的积分因子的充要条件是：函数(,)(,)(,)(,)(,)(,)y x x y M x y N x y N x y x y M x y x y ϕϕ-- （2.41）仅是(,)x y φ的函数，此外，如果（2.53）仅是(,)x y φ的函数((,))f f x y ϕ=，而()()G u f u du =⎰，则函数((,))G x y e ϕμ=（2.42）就是方程（2.21）的积分因子.例3. 解方程2()(1)0xy y dx xy y dy ++++=解这里2,1M xy y N xy y =+=++方程不是恰当的.但是 1y xM N My -=-- 它有仅依赖于y 的积分因子 11dy y e yμ-⎰≡= 方程两边乘以积分因子1y μ=得到 1()(1)0x y dx x dy y++++= 从而可得到隐式通解 21ln ||2u x xy y y C ≡+++= 另外，还有特解0y =.它是用积分因子乘方程时丢失的解.§3隐式方程1、一阶隐方程一阶隐式微分方程的一般形式可表示为:(,,)0F x y y '=如果能解出(,)y f x y '=,则可化为显式形式,根据前面的知识求解.例如方程2()()0y x y y x y ''-++=,可化为y x '=或y y '=但难以从方程中解出y ',或即使解出y ',而其形式比较复杂,则宜采用引进参数的方法求解.一般隐式方程分为以下四种类型:1) (,)y f x y '= 2) (,)x f y y '= 3) (,)0F x y '= 4)(,)0F y y '=2、求解方法Ⅰ）可以解出y （或）x 的方程1) 讨论形如(,)y f x y '= （2.31）的方程的解法，假设函数(,)f x y '有连续的偏导数,引进参数y p '=,则方程(2.57)变为(,)y f x p = (2.32) 将(2.32) 的两边对x 求导数,得到f f dp p x y dx∂∂=+∂∂ (2.33) 方程(2.33)是关于,x p 的一阶微分方程,而且属于显式形式.若求得(2.33)的通解形式为(,)p x c ϕ=,将其代入(2.32),于是得到(2.31)通解为(,(,))y f x x c ϕ=若求得(2.33)的通解形式为(,)x p c ψ=,于是得到(2.31)的参数形式的通解为(,)((,),)x p c y f p c p ψψ=⎧⎨=⎩其中p 为参数, c 是任意常数.若求得(2.33)的通解形式为(,,)0x p c Φ=,于是得到(2.57)的参数形式的通解为(,,)0(,)x p c y f x p Φ=⎧⎨=⎩ 其中p 为参数, c 是任意常数.例1 求方程3()20dy dy x y dx dx +-= 的解解：令dy p dx=，于是有 32y p x p =+ (2.34) 两边对x 求导数,得到 2322dp dp p px p dx dx =++ 即 2320p dp xdp pdx ++=当0p ≠时,上式有积分因子p μ=,从而32320p dp xpdp p dx ++=由此可知4234p xp c += 得到42223344c p c x p p p -==- 将其代入(2.60),即得 43342()c p y p p -=+ 故参数形式的通解为22334 (0) 212c x p p p c y p p ⎧=-⎪⎪≠⎨⎪=-⎪⎩ 当0p =时,由(2.60)可知0y =也是方程的解.第三章线性方程§1 存在性与唯一性1．存在性与唯一性定理：（1）显式一阶微分方程),(y x f dx dy = （3.1）这里),(y x f 是在矩形域：00:||,||R x x a y y b -≤-≤ （3.2）上连续。

大一常微分方程一知识点总结

大一常微分方程一知识点总结1.常微分方程的基本概念常微分方程是描述一个未知函数的导数或高阶导数与该函数本身之间的关系的方程。

2.函数的导数和微分的概念导数描述了函数在其中一点上的变化率，基本导数法则包括常数规则、幂规则、指数函数和对数函数的导数、三角函数的导数等；微分描述了函数在其中一点上的变化量。

3.一阶常微分方程一阶常微分方程是指导数的最高阶数为一的微分方程。

常见的一阶微分方程形式包括可分离变量的方程、线性方程、齐次方程、恰当方程和一阶常系数线性齐次方程等。

4.可分离变量的方程可分离变量的方程是指方程中变量可分离为两个集合的乘积形式。

通过将变量分离，再进行积分求解得到方程的解。

5.线性方程线性方程是指方程中的未知函数和其导数只出现线性的形式。

线性方程的解可以通过积分因子法或变量代换法来求解。

6.齐次方程齐次方程是指方程中未知函数和其导数出现在同一个项中，并且未知函数和其导数的次数相同的方程。

齐次方程可以通过变量代换法将其转化为可分离变量的方程来求解。

7.恰当方程恰当方程是指方程的左右两边可以写成一些函数的全微分形式。

通过判断方程是否恰当，并找到方程的积分因子，可以求解恰当方程。

8.一阶常系数线性齐次方程一阶常系数线性齐次方程是指方程中未知函数和其导数出现在同一个项中，并且未知函数和其导数的系数是常数的方程。

一阶常系数线性齐次方程的解可以通过特征方程和指数函数来求解。

9.二阶常微分方程二阶常微分方程是指导数的最高阶数为二的微分方程。

常见的二阶微分方程形式包括线性常系数齐次方程、线性常系数非齐次方程和欧拉方程等。

10.线性常系数齐次方程线性常系数齐次方程是指方程中未知函数及其导数的系数是常数的齐次方程。

线性常系数齐次方程的解可以通过特征方程和指数函数来求解。

11.线性常系数非齐次方程线性常系数非齐次方程是指方程中未知函数及其导数的系数是常数的非齐次方程。

通过求解对应的齐次方程的通解和非齐次方程的特解，可以得到线性常系数非齐次方程的通解。

常微分方程知识点整理

常微分方程知识点整理常微分方程是数学中的一个重要分支，研究描述自然界中各种变化规律的微分方程。

在物理、工程、经济学等领域具有广泛的应用。

本文将对常微分方程的基本概念、分类、求解方法等知识点进行整理。

一、常微分方程的基本概念常微分方程是指未知函数的导数及其自变量的关系式。

一般形式为dy/dx = f(x, y)，其中y是未知函数，x是自变量，f是已知的函数。

常微分方程可以分为一阶常微分方程和高阶常微分方程。

1. 一阶常微分方程：一阶常微分方程是指方程中只涉及到一阶导数的微分方程。

常见形式为dy/dx = f(x, y)。

其中f(x, y)是已知的函数，也可以是常数。

2. 高阶常微分方程：高阶常微分方程是指方程中涉及到二阶及以上导数的微分方程。

常见形式为d^n y/dx^n = f(x, y, dy/dx, ..., d^(n-1)y/dx^(n-1))，其中n为方程的阶数，f是已知的函数。

二、常微分方程的分类根据方程的形式和性质，常微分方程可以分为线性常微分方程、非线性常微分方程、齐次线性常微分方程等多种类型。

1. 线性常微分方程：线性常微分方程是指方程中未知函数及其导数之间的关系是线性的微分方程。

常见形式为a_n(x) d^n y/dx^n + a_(n-1)(x) d^(n-1)y/dx^(n-1) + ... + a_1(x) dy/dx + a_0(x) y = f(x)，其中a_n(x)、a_(n-1)(x)、...、a_1(x)、a_0(x)是已知的函数。

2. 非线性常微分方程：非线性常微分方程是指方程中未知函数及其导数之间的关系是非线性的微分方程。

常见形式为dy/dx = f(x, y)，其中f(x, y)是已知的非线性函数。

3. 齐次线性常微分方程：齐次线性常微分方程是指方程中没有常数项的线性常微分方程。

常见形式为a_n(x) d^n y/dx^n + a_(n-1)(x) d^(n-1)y/dx^(n-1) + ... + a_1(x) dy/dx + a_0(x) y = 0。

高中数学中的常微分方程知识点

高中数学中的常微分方程知识点一、引言常微分方程是数学中的一个重要分支，它在自然科学、社会科学和工程技术等领域有着广泛的应用。

高中数学中的常微分方程知识点主要包括一阶微分方程、二阶微分方程和常微分方程的解法等内容。

二、一阶微分方程1. 概念一阶微分方程是指形如dy/dx + P(x)y = Q(x)的方程，其中P(x)和Q(x)是关于自变量x的已知函数。

2. 解法（1）分离变量法：将方程中的y和x分离，化为y = f(x)的形式，然后对两边进行积分。

（2）积分因子法：找出一个函数μ(x)，使得原方程两边乘以μ(x)后，可以化为dy/dx + μP(x)y = μQ(x)的形式，然后利用积分因子公式求解。

（3）变量替换法：选择一个合适的变量替换，将原方程化为简单的一阶微分方程，然后求解。

3. 例子求解方程dy/dx + 2y = e^x。

（1）分离变量法：dy/y = e^x dx∫ dy = ∫ e^x dxy = e^x + C其中C是积分常数。

（2）积分因子法：μ(x) = e^(-∫ 2dx) = e^(-2x)μ(dy/dx + 2y) = μQ(x)e^(-2x)dy/dx + 2e^(-2x)y = e(-2x)e x(-dy/dx + 2y)e^(2x) = 1-dy/dx + 2y = e^(-2x)利用积分因子公式求解，得到：y * e^(2x) = -∫ e^(-2x) dx + Cy = (-1/2)e^(-2x) + C/e^(2x)三、二阶微分方程1. 概念二阶微分方程是指形如d²y/dx² + P(x)dy/dx + Q(x)y = R(x)的方程，其中P(x)、Q(x)和R(x)是关于自变量x的已知函数。

2. 解法（1）常数变易法：假设y = e^(αx)，代入原方程，得到关于α的二次方程，求解得到α的值，进而求出y的解。

（2）待定系数法：假设y = e^(αx)的系数为待定系数，代入原方程，得到关于待定系数的方程，求解得到待定系数的值，进而求出y的解。

常微分方程课程总结

常微分方程课程总结第一章绪论§1.2微分方程的基本概念（1）常微分方程偏微分方程微分方程：凡含有未知函数的导数或微分的方程叫微分方程。

常微分方程：未知函数为一元函数的微分方程。

()(),dyaxy a dxdy p x y Q x dx=+=为常数偏微分方程：未知函数为多元函数，从而出现偏导数的微分方程。

()22,22242u uf x y x y u u y x ∂∂+=∂∂∂∂=∂∂（2）线性与非线性一般n 阶线性微分方程具有形式：（等式左面全是一次有理整式）()(1)11()()()().n n n n y a x y a x y a x y f x --'++++=（3）解和隐式解微分方程的解：代入微分方程能使方程成为恒等式的函数. 隐式解：Φ（x,y ）=0 （4）通解和特解通解：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同.）特解：确定了通解中任意常数以后的解. 初始条件：用来确定任意常数的条件.初值问题: 求微分方程满足初始条件的解的问题.（5）积分曲线：微分方程任一特解的图形都是一条曲线,称为微分方程的积曲线。

第二章一阶微分方程的初等解法§2.1 变量分离方程与变量变换2.1.1、变量分离方程)()(y x f dxdyϕ= ⎰⎰+=c dx x f y dy )()(ϕ 2.1.2、可化为变量分离方程的类型1.形如)(x y g dx dy =，称为齐次微分方程，令u ＝xy ,即y ＝ux ，于是dx dy ＝x dx du ＋u ，代入原方程，变形为x dx du ＋u ＝g （u ），整理得dx du ＝xuu g -)(2.形如222111c x b x a c x b x a dx dy ++++= 的方程也可经变量变换化为变量分离方程（1）常数）(212121k c c b b a a ===，方程化为dxdy ＝k ，有通解c kx y += （2）≠==k b b a a 212121c c 情形，令u ＝y b x a 21+，这时有dx du ＝dx dy b a 22+＝2122c u c ku b a +++是分离变量方程（3）2121b b a a ≠情形，若21c c 、不全为零，方程右端分子、分母都是x 、y 的一次多项式，因此111c x b x a ++＝0，222c y b x a ++＝0，交点（),βα，令X ＝x －α，Y ＝y －β，化为011=+Y b X a ， 022=+Y b X a 。

考研微分方程知识点浓缩

考研微分方程知识点浓缩微分方程是数学中的重要分支，广泛应用于物理学、经济学和工程学等领域。

在考研数学中，微分方程是必备的知识点之一。

本文将从常微分方程、偏微分方程和常见的解法等方面进行总结和浓缩。

一、常微分方程常微分方程（Ordinary Differential Equation，ODE）是只涉及一元函数的微分方程。

常微分方程的求解涉及到初值问题和边值问题两种情况。

1.1 一阶常微分方程常见的一阶常微分方程形式包括：可分离变量方程、齐次方程、线性方程、伯努利方程和一阶齐次线性方程等。

其求解方法如下：1）可分离变量方程：将变量分离后进行积分求解。

2）齐次方程：使用变量代换后，将方程转化为可分离变量方程求解。

3）线性方程：使用积分因子法求解线性方程。

4）伯努利方程：通过变量代换，将方程转化为线性方程求解。

1.2 二阶常微分方程二阶常微分方程是一阶常微分方程的推广。

常见的二阶常微分方程形式包括：线性常系数齐次方程、线性常系数非齐次方程和二阶常系数非线性齐次方程等。

其求解方法如下：1）线性常系数齐次方程：设解的形式，代入方程后解得常数。

2）线性常系数非齐次方程：通过求齐次方程的通解和非齐次方程的特解，得到非齐次方程的通解。

3）二阶常系数非线性齐次方程：一般采用变量代换的方法将方程转化为线性方程求解。

二、偏微分方程偏微分方程（Partial Differential Equation，PDE）是涉及多元函数的微分方程。

常见的偏微分方程包括：一维波动方程、一维热传导方程和二维拉普拉斯方程等。

2.1 一维波动方程一维波动方程是描述波的传播规律的方程。

其一般形式为：∂²u/∂t² = c²∂²u/∂x²，其中u(x, t)表示波函数，c为波速。

2.2 一维热传导方程一维热传导方程是描述热量传导规律的方程。

其一般形式为：∂u/∂t = α²∂²u/∂x²，其中u(x, t)表示温度分布，α为热扩散系数。

【总结】常微分方程知识总结

（1）概念微分方程：一般，凡表示未知函数、未知函数的导数与自变量的之间关系的方程。

微分方程的阶：微分方程中所出现的未知函数的最高阶导数的阶数。

如：一阶：2dyx dx= 二阶：220.4d sdt=-三阶：32243x y x y xy x ''''''+-=四阶：()4410125sin 2y y y y y x ''''''-+-+=一般n 阶微分方程的形式：()(),,,,0n F x y y y'= 。

这里的()ny 是必须出现。

（2）微分方程的解设函数()y x ϕ=在区间上有阶连续导数，如果在区间上，()()()(),,0n F x x x x ϕϕϕ⎡⎤'≡⎢⎥⎣⎦则()y x ϕ=称为微分方程()(),,,,0n F x y y y '= 的解。

注：一个函数有阶连续导数→该函数的阶导函数也是连续的。

函数连续→函数的图像时连在一起的，中间没有断开（即没有间断点）。

导数→导函数简称导数，导数表示原函数在该点的斜率大小。

导函数连续→原函数的斜率时连续变化的，而并没有在某点发生突变。

函数连续定义：设函数()y f x =在点的某一邻域内有定义，如果()()00lim x x f x f x →=则称函数()f x 在点连续。

左连续：()()()000lim x x f x f x f x --→==左极限存在且等于该点的函数值。

右连续：()()()000lim x x f x f x f x ++→==右极限存在且等于该点的函数值。

在区间上每一个点都连续的函数，叫做函数在该区间上连续。

如果是闭区间，包括端点，是指函数在右端点左连续，在左端点右连续。

函数在点连续()()()()00lim lim lim x x x x x x f x f x f x f x -+→→→=== 1、()f x 在点有定义 2、()0lim x x f x →极限存在3、()()00lim x x f x f x →=（3）微分方程的通解如果微分方程中含有任意常数，且任意常数的个数与微分方程的阶数相同，这样的解叫微注：任意常数是相互独立的：它们不能合并使得任意常数的个数减少。

常微分方程基本公式

常微分方程基本公式一、一阶常微分方程。

1. 可分离变量方程。

- 形式：(dy)/(dx)=f(x)g(y)- 解法：将方程变形为(dy)/(g(y)) = f(x)dx，然后两边分别积分∫(dy)/(g(y))=∫f(x)dx + C，其中C为任意常数。

2. 齐次方程。

- 形式：(dy)/(dx)=F((y)/(x))- 解法：令u = (y)/(x)，即y = ux，则(dy)/(dx)=u + x(du)/(dx)。

原方程化为u + x(du)/(dx)=F(u)，这是一个可分离变量方程，可按照可分离变量方程的方法求解。

3. 一阶线性微分方程。

- 形式：(dy)/(dx)+P(x)y = Q(x)- 通解公式：y = e^-∫ P(x)dx(∫ Q(x)e^∫ P(x)dxdx + C)二、二阶常系数线性微分方程。

1. 齐次方程。

- 方程形式：y''+py'+qy = 0（其中p,q为常数）- 特征方程：r^2+pr + q=0- 当特征方程有两个不同实根r_1,r_2时，通解为y = C_1e^r_1x+C_2e^r_2x；- 当特征方程有重根r时，通解为y=(C_1+C_2x)e^rx；- 当特征方程有一对共轭复根r_1,2=α±β i时，通解为y = e^α x(C_1cosβ x + C_2sinβ x)。

2. 非齐次方程。

- 方程形式：y''+py'+qy = f(x)- 通解结构：y = y_h+y_p，其中y_h是对应的齐次方程的通解，y_p是一个特解。

- 当f(x)=P_m(x)e^λ x（P_m(x)是m次多项式）时，特解y_p的形式：- 若λ不是特征方程的根，则y_p=Q_m(x)e^λ x（Q_m(x)是m次待定多项式）；- 若λ是特征方程的单根，则y_p=xQ_m(x)e^λ x；- 若λ是特征方程的重根，则y_p=x^2Q_m(x)e^λ x。

《常微分方程》知识点整理

《常微分方程》知识点整理
一、定义与特点
常微分方程(ordinary differential equation)是数学中描述物理、
化学、生物等过程的重要工具，它描述物体状态及其变化的模型，可以用
来研究物体的动力、动力学、物理现象等问题。

它可以从几何角度、分析
角度以及物理角度这三个角度来看待，它是一个研究条件下物体状态和变
化的数学方程。

常微分方程有以下几个特点：
1.常微分方程是一类特殊的未知函数问题，它由一个函数及它的一阶
或多阶导数组成。

2.未知函数有可能是多元函数，也可能是单元函数，可以是实函数也
可以是复函数。

3.常微分方程的形式因微分函数种类而各异，有非线性方程、线性方程、常系数方程、变系数方程等类型。

4.常微分方程的解可以是定状态的、非定状态的、稳定的或不稳定的，它可以有解或得不到解。

5.常微分方程具有很深的理论性，可用来求解物理、化学、力学等问题，可以修正原来结论，使现象更加接近实际情况。

二、种类
1.线性常微分方程：线性微分方程是常微分方程中最简单的类型，它
的特点是多重未知函数的阶和系数形式都是定值，而不依赖于其他函数，
它的解可以直接用几何方法求解（比如可以用函数级数的展开形式求解）。

2.二次可积常微分方程：这类方程中。

(整理)第6章+常微分方程

就是方程（6-39）的通解，其中是任意常数．
例如，方程，容易验证与是所给方程的两个特解，且常数，即它们是线性无关的．因此，就是该方程的通解．
二、二阶常系数齐次线性微分方程的解法
由前面讨论可知，求方程（6-39）的通解，可归结为求它的两个线性无关的特解，再根据定理6.2写出通解．
从方程（6-39）的结构来看，它的解应有如下特点：未知函数的一阶导数，二阶导数与未知函数只相差一个常数因子．也就是说，方程中的应具有相同的形式．而指数函数正是具有这种特点的函数．因此，设是方程（6-39）的解，将
案例6.4【降落伞降落】设降落伞从跳伞塔降落后，所受空气阻力与速度成正比，并设降落伞离开跳伞塔时（）速度为零，求降落伞下落速度与时间的函数关系．
案例6.5【销售预测】在商品销售预测中，时刻的销售量用表示．如果商品销售的增长速度与销售量和销售接近饱和水平程度之积（为饱和水平）成正比，求销售量函数．
如果微分方程的解中包含有任意常数，并且独立的（即不可合并而使个数减少）任意常数的个数与微分方程的阶数相同，这样的解称为微分方程的通解．通解中任意常数取某一特定值时的解，称为微分方程的特解．
例如函数（6-3）和（6-8）分别是微分方程（6-1）和（6-5）的通解，函数（6-4）和（6-10）分别是微分方程（6-1）和（6-5）的特解．
引例6.3求微分方程的通解．
通过这个例子我们可以看到，在一个一阶微分方程中，如果能把两个变量分离，使方程的一端只包含其中一个变量及其微分，另一端只包含另一个变量及其微分，这时就可以通过两边积分的方法来求它的通解，这种求解的方法称为分离变量法，变量能分离的微分方程叫做可分离变量的微分方程．
变量可分离的微分方程的一般形式为

常微分方程方法归纳

变量分离法常数变易法积分因子法变量分离法1) 变量分离方程形如()()dyf xg y dx=(或1122()()()()0M x N y dx M x N y dy +=) 的方程，称为变量分离方程，其中函数()f x 和()g y 分别是,x y 的连续函数.2)求解方法如果()0g y ≠，方程()()dyf xg y dx =可分离变量化为，()()dy f x dx g y = 两边同时积分,得到()()dyf x dx cg y =+⎰⎰3) 例题例1 求解方程dy x dx y=- 解将变量分离，ydy xdx =-两边积分，即得22222y x c =-+ 通解为22x y c +=（c 是任意的正常数）或解出显式形式y =例2 解方程2cos dyy x dx=并求满足初始条件：当0x =时.1y =的特解.解将变量分离，得2cos dyxdx y = 两边积分，即得1sin x c y-=+ 通解为1sin y x c=-+为确定所求的特解，以0x =.1y =代入通解中确定常数c ，得到1c =-。

因而，所求的特解为11sin y x=-注: 1.常数c 的选取保证通解表达式有意义；2.方程的通解不一定是方程的全部解,有些通解包含了方程的所有解，有些通解不能包含方程的所有解.此时，还应求出不含在通解中的其它解,即将遗漏的解要弥补上；3.微分方程的通解表示的是一族曲线特解表示的是满足特定条件00()y x y =的一个解，表示的是一条过点00(,)x y 的曲线.2、可化为变量分离方程的类型1）齐次方程dy y g dx x ⎛⎫= ⎪⎝⎭利用变量替换可化为变量分离方程再求解.同时对x 求导于是dy dux u dx dx=+ 代入原方程变为()dux u g u dx+= 整理后，得到()du g u udx x-=一个可分离变量方程，按照变量分离法求解，然后将所求的解代回原变量，所得的解便是原方程的解.例5 求解方程(0).dyxy x dx+=<方程以,y dy du u xu x dx dx==+代入，则原方程变为dux dx =dx x = 两边积分ln()x c =-+ 即2[ln()](ln()0)u x c x c =-+-+>①这里的c是任意常数.此外，还有解0u =，注意，此解不包括在通解中. 将①代回原来的变量，即得原方程的通解2[ln()](ln()0)y x x c x c =-+-+>及解0y =.原方程的通解还可表为：2[ln()],ln()0,0,x x c x c y ⎧-+-+>=⎨⎩它定义于整个负半轴上.注：1.对于齐次方程dy y g dx x ⎛⎫= ⎪⎝⎭的求解方法关键的一步是令y u x =后，解出y ux =，再对两边求关于x 的导数得dy duu xdxdx =+，再将其代入齐次方程使方程变为关于,u x 的可分离方程（x 为自变量，y 为因变量）；2.齐次方程也可以通过变换xv y=而化为变量分离方程.这时x vy =，再对两边求关于y 的导数得dx dv v ydy dy =+，将其代入齐次方程dxx f dy y ⎛⎫= ⎪⎝⎭使方程变为,v y 的可分离方程（y 为自变量，x 为因变量）；2）形如111222a xb yc dy dx a x b y c ++=++的方程经变量变换化为变量分离方程，这里的121212,,,,,a a b b c c 均为常数. （1）120c c ==情形. 这时方程属齐次方程，1122a x b y dy y g dx a x b y x +⎛⎫== ⎪+⎝⎭. 分子分母同除以x （2）11220a b a b =，即1122a ba b =的情形. 设1122a b k a b ==，则方程可写成 22122222()()()k a x b y c dy f a x b y dx a x b y c ++==+++则方程化为22()dua b f u dx=+这是一变量分离方程（3）1112220,a b c c a b ≠及不全为零的情形.这时方程111222a xb yc dy dx a x b y c ++=++右端的分子、分母都是,x y 的一次式，因此 1112220a xb yc a x b y c ++=⎧⎨++=⎩代表xy 平面上两条相交的直线，设交点为(,)αβ. 显然，0α≠或0β≠，否则必有120c c ==，这正是情形（1）（只需进行坐标平移，将坐标原点(0,0)移至(,)αβ就行了，112200a X b Y a X b y +=⎧⎨+=⎩，原方程化为1122a X bY dY Y g dX a X b Y X +⎛⎫== ⎪+⎝⎭因此，得到这种情形求解的一般步骤如下：(1)解联立代数方程1112220a x b y c a x by c ++=⎧⎨++=⎩，设其解为,x y αβ==；(2)1122a X bY dY Y g dX a X b Y X +⎛⎫== ⎪+⎝⎭； (3)再经变换Yu X=将齐次方程化为变量分离方程； (4)求解上述变量分离方程，最后代回原变量可得原方程的解.例6 求解方程13dy x y dx x y -+=+-解解方程组1030x y x y -+=⎧⎨+-=⎩得1, 2.x y ==令12x X y Y =+⎧⎨=+⎩代入方程，则有齐次方程dY X YdX X Y-=+Y uX =分离变量化为2112dX udu X u u +=-- 两边积分，得22ln ln 21X u u c=-+-+因此22(21)c X u u e +-=±2212Y XY X c +-=记1,c e c ±= 并代回原变量，就得 221(2)2(1)(2)(1)y x y x c -+----=此外，易验证2210u u +-=即2220Y XY X +-= 也就是齐次方程的解.因此原方程的通解为22262y xy x y x c +---=其中c 为任意的常数.常数变易法（一阶非齐次线性微分方程、n阶非齐次线性微分方程、非齐次常系数线性方程组）是否只能解决常系数？1()dyP x ydx=它的通解为()P x dxy ce⎰=2）求解步骤：求出对应的一阶齐次线性微分方程的通解()P x dxy ce⎰=两边微分，得()()()()()P x dx P x dxdy dc xe c x P x edx dx⎰⎰=+代入原方程，得到()()()()()()()()()P x dx P x dx P x dxdc xe c x P x e P x c x e Q xdx⎰⎰⎰+=+即()()()P x dxdc xQ x edx-⎰=积分后得到()()()P x dxc x Q x e dx c-⎰=+⎰代入()()P x dxy c x e⎰=注: 非齐次线性方程的通解是它对应的齐次线性方程的通解与它的某个特解之和.初值问题()()()dyP x y Q xdxy x y⎧=+⎪⎨⎪=的解为例2 求方程22dy ydx x y=-的通解.解原方程颠倒改写为2dxx ydy y=-把x看作未知函数，y看作自变量先求齐次线性方程2dxxdy y=的通解为2x cy=于是2()2()dx dc yy c y ydy dy=+代入原方程，得到()lnc y y c=-+从而，原方程的通解为2(ln)x y c y=-这里c 是任意的常数,另外0y=也是方程的解.3求解步骤：用n y -乘方程两边，得到1()()nn dyy y P x Q x dx--=+ 引入变量变换1n z y -=（2.40）从而(1)n dz dyn y dx dx-=-（2.41）将（2.40）、（2.41）代入原方程，得到(1)()(1)()dzn P x z n Q x dx=-+- 这是线性方程，用上面介绍的方法求得它的通解，然后再代回原来的变量，便得到伯努利方程的通解. 此外，当0n >时，方程还有解0y =.例5 求方程331dy dx xy x y=+的解解将方程改写为33dxyx y x dy=+这是一个自变量为y ，因变量为x 的伯努利方程.解法同上.例4 求方程26dy yxy dx x=-的通解解这是2n =时的伯努利方程，令1z y -=,得2dz dy y dx dx-=- 代入原方程得到6dz z x dx x =-+这是线性方程，求得它的通解为268c x z x =+代回原来的变量y ，得到2618c x y x =+，或者688x x c y -=这是原方程的通解. 此外，方程还有解0y =.例6 求方程23y dye x dx x+=的通解原方程改写为2223du x u u dx x x=+便是伯努利方程.4()(1,2,,)i a t i n = 及()f t 都是区间a t b ≤≤上的连续函数。

常微分方程知识点

第一章绪论什么是线性微分方程：形如)()()()(y 1)1(1)(x f y x a y x a y x a n n n n =+'+++--Λ的微分方程，即y 及y 的各阶导数都是一次有理整式，即不含y 及y 的各阶导数的乘积的微分方程叫：线性微分方程。

第二章一阶微分方程的初等解法§ 2.1 变量分离方程1、形式：)()(y x f dxdy ϕ= 做题步骤：① 0)(≠y ϕ 可将方程改写为：dx x f y dy )()(=ϕ，这样对两边积分：⎰⎰+=c dx x f y dy )()(ϕ，得出方程的通解，但c 要保证积分式有意义 ② 0)(=y ϕ时，求出0y y = 也是方程的解2、y x P dxdy )(=得dx x P ce y ⎰=)( (2.4) 而0=y 也是方程的解，而若(2.4)允许c=0，则y=0也在(2.4)中，故(2.4)是原方程的通解，其中c=0。

3、齐次方程：)(xy g dx dy = (2.5) 做变量变换x y u =，即ux y =，则u dx du x dx dy +=，整理后为：x u u g dx du -=)(，即为变量分离方程。

同时要注意：将一个方程转化为齐次方程求解时，两个方程是否同解（c 的范围是否相同）4、222111c y b x a c y b x a dx dy ++++= (2.13) 做题步骤：①k c c b b a a ===212121（常数），通解：c kx y += (c 为任意常数) ② 212121c c k b b a a ≠==，令y b x a u 22+=，有212222c u c ku b a dx dy b a dx du ++++=+=，为变量分离方程 ③ 2121b b a a ≠，如果没有常数21c c 、，则很容易变成齐次方程做，（体会：）让分子分母都为零，则为两条曲线⎩⎨⎧=++=++00222111c y b x a c y b x a (2.14)，两条曲线相交的交点为),(βα，而没有那两个常数时方程为都过原点的形式，因此过原点的这两直线可视为原坐标系平移后原直线在新坐标系下的坐标，令⎩⎨⎧-=-=βαy Y x X ，(2.14) 变为⎩⎨⎧=+=+002211Y b X a Y b X a ，从而 (2.13) 变为)(2211X Y g Y b X a Y b X a dX dY =++=，§ 2.2 线性微分方程与常数变易法1、)()(x Q y x P dxdy += (2.28) 做题步骤：① 考虑y x P dxdy )(=，求出它的通解为：⎰=dx x P ce y )(；② 常数变易变为：⎰=dx x P e x c y )()((2.29) ③ 求微分得：⎰+⎰=dx x P dx x P e x P x c e dxx dc dx dy )()()()()( (2.30) ，④ 将(2.29)和(2.30)代入(2.28)，得到： ⎰=-dx x P e x Q dx x dc )()()(，⑤ 积分后得到⎰'+⎰=-c dx e x Q x c dx x P )()()(，于是得到方程(2.28)的通解为： ))(()()(⎰'+⎰⎰=-c dx e x Q e y dx x P dx x P2、伯努利微分方程n y x Q y x P dxdy )()(+= 做题步骤：① 两边同除以n y ，得到)()(1x Q x P y dx dy yn n +=--，② 设n y z -=1，得dx dy y n dx dz n --=)1( ③ 于是原方程变为：)()1()()1(x Q n z x P n dxdz -+-=，即为线性微分方程 § 2.3 恰当微分方程与积分因子1、恰当方程形式：0),(),(=+dy y x N dx y x M （M 、N 在已知区域上连续且具有一阶连续偏导数）推理过程：① 若已知此微分方程是恰当方程能推出什么？先设原函数为),(y x u yx u y N x y u y M ∂∂∂=∂∂∂∂∂=∂∂22、由条件得：yx u x y u ∂∂∂=∂∂∂22即x N y M ∂∂=∂∂ ② 那么反过来若由它俩相等能否推出方程是恰当方程？从x u M ∂∂=出发，两边同时求积分：⎰⎰∂∂==x u Mdx u +c ，但c 若是常数那么？则应为：⎰⎰+=∂∂=)(y Mdx dx x u u ϕ ③ 对u 关于y 求偏导：),()(y x N y Mdx y y u ='+∂∂=∂∂⎰ϕ，如何证明等式左边等于右边（方程有意义），即右边也与x 无关即只与y 有关？对右边关于x 求偏导0=∂∂-∂∂=∂∂∂∂-∂∂⎰y M x N dx y M x x N （因为证充分，则y M x N ∂∂=∂∂为已知）④ 两端积分：dy Mdx y N y ⎰⎰∂∂-=)()(ϕ，于是⎰⎰⎰∂∂-+=)(dy y M N Mdx u 做题步骤：① 先设u(x,y)，② 证明xN y M ∂∂=∂∂，③ 从M 出发对方程两端同时求积分得)(),(),(y dx y x M y x u ϕ+=⎰，④ 对u 求偏导：),()(y x N y Mdx y y u ='+∂∂=∂∂⎰ϕ，⑤ 两边积分得dy dx y M N y ⎰⎰∂∂-=)()(ϕ，⑥ 得⎰⎰⎰∂∂-+=dy dx y M N Mdx u )(。

常微分方程总结汇报

常微分方程总结汇报常微分方程是数学中的一个重要分支，是描述自然界和社会现象的变化规律的重要工具。

本文将对常微分方程做一个总结性的汇报，介绍它的基本概念、求解方法和应用领域，共计1000字。

一、基本概念常微分方程是研究函数未知变量的导数与函数自身的关系的方程。

常微分方程可以分为常系数和变系数两种类型。

其中，常系数就是导数与函数之间的关系不随时间变化，变系数则是导数与函数之间的关系会随时间变化。

常微分方程的一阶和高阶之间存在着转化关系，高阶的常微分方程可以通过引入新的变量转化为一阶常微分方程。

方程的解可以分为显式解和隐式解两种形式，显式解是直接由方程表达式给出的解，而隐式解则是通过对方程进行变量变换得到的。

二、求解方法常微分方程的求解方法主要有分离变量法、齐次方程法、线性方程法和变量代换法等。

其中，分离变量法是根据方程的形式，将未知函数和自变量分离开来，再通过定积分的方法求解。

齐次方程法是将方程变换为齐次方程，通过变量代换、分离变量等方法求解。

线性方程法是将非齐次线性方程化为齐次线性方程，通过叠加原则和待定系数法求解。

变量代换法是通过对未知函数或自变量进行变换，将方程转化为已知的方程求解。

三、应用领域常微分方程在物理学、生物学、经济学等多个领域都有着广泛的应用。

在物理学中，常微分方程的研究包括了机械振动、电磁场、热传导等现象的描述和预测。

在生物学中，常微分方程可以用来描述生物体内的代谢过程、生长规律和种群动态等。

在经济学中，常微分方程被用于描述价格的变动、市场供求的平衡等现象。

常微分方程的求解和研究也是数学的一个重要分支，具有很高的理论研究价值。

通过对常微分方程的求解，可以深入了解函数的性质和变化规律，为更深入的数学理论研究提供了基础。

总结而言，常微分方程是数学中重要的研究对象，它描述了许多自然界和社会现象的演化规律。

求解常微分方程的方法多种多样，可以根据具体的问题和方程的形式选择合适的方法。

常微分方程的研究和应用涵盖了多个学科领域，为解决实际问题提供了有效的数学工具。

《常微分方程》知识点整理

dyydy1．（变量分离方程）形如dx 《常微分方程》复习资料f (x )ϕ( y )（1.1）的方程，称为变量分离方程，这里 f (x ),ϕ( y ) 分别是 x , y 的连续函数．dy解法：（1）分离变量，当ϕ( y ) ≠ 0 时，将（1.1）写成ϕ( y )= f (x )dx ，这样变量就“分离”了；（2）两边积分得⎰ ϕ( y ) = ⎰f (x )dx + c （1.2），由（1.2）所确定的函数 y = ϕ(x , c ) 就为（1.1）的解．注：若存在 y 0 ，使ϕ( y 0 ) = 0 ，则 y = y 0 也是（1.1）的解，可能它不包含在方程（1.2）的通解中，必须予以补上．dyy2．（齐次方程）形如 = g ( ) 的方程称为齐次方程，这里 g (u ) 是u 的连续函数．dx x解法：（1）作变量代换（引入新变量） u = ，方程化为 xdu = g (u ) - u ，（这里由于 dx x dy = x du dx dx + u ）；（2）解以上的分离变量方程；（3）变量还原．3．（一阶线性微分方程与常数变异法）一阶线性微分方程 a (x ) dy dx+ b (x ) y + c (x ) = 0 在 a (x ) ≠ 0 的区间上可写成dy= P (x ) y + Q (x ) （3.1），这里假设 P (x ), Q (x ) 在考虑的区间上是 x 的连续函数．若 Q (x ) = 0 ，则（3.1）变为 dx dy= P (x ) y （3.2），（3.2）称为一阶齐次线性方程．若Q (x ) ≠ 0 ，则（3.1）称为一阶非齐次线性方程． dx解法：（1）解对应的齐次方程 dy= P (x ) y ，得对应齐次方程解 y = ce ⎰ p ( x ) dx ， c 为任意常数；dx（2）常数变异法求解（将常数c 变为 x 的待定函数c (x ) ，使它为（3.1）的解）：令 y = c (x )e ⎰p ( x )dx为（3.1）的解，则dy = dc (x ) e ⎰ p ( x )dx + c (x ) p (x )e ⎰ p ( x )dx ，代入（3.1）得 dc (x )= Q (x )e -⎰ p ( x )dx ，积分得c (x ) = ⎰ Q (x )e -⎰ p ( x )dx + c ； dx dx dx（3）故（3.1）的通解为 y = e ⎰p ( x )dx(⎰ Q (x )e -⎰ p ( x )dxdx + c ) ．4．（伯努利方程）形如dy = P (x ) y + Q (x ) y n 的方程，称为伯努利方程，这里 P (x ), Q (x ) 为 x 的连续函数．dx解法：（1）引入变量变换 z = y1-n，方程变为dz = (1- n )P (x )z + (1- n )Q (x ) ；dx（2）求以上线性方程的通解；（3）变量还原．5．（可解出 y 的方程）形如 y =dyf (x , dy) (5.1)的方程，这里假设 f (x , y ') 有连续的偏导数． dx解法：（1）引进参数 p = ，则方程（5.1）变为 y = dxf (x , p ) （5.2）；（2）将（5.2）两边对 x 求导，并以 dy = p 代入，得 p = ∂f + ∂f ∂p（5.3），这是关于变量 x , p 的一阶微分方dx ∂x ∂p ∂x程；（3）（i ）若求得（5.3）的通解形式为 p = ϕ(x , c ) ，将它代入（5.2），即得原方程（5.1）的通解 y =f (x ,ϕ(x ,c )) ，c 为任意常数；=⎩⎩ ⎩dy ⎩dy ⎩ ⎧x =ψ ( p , c )（ii ）若求得（5.3）的通解形式为 x =ψ ( p , c ) ，则得（5.1）的参数形式的通解为⎨y =，其中f (ψ ( p , c ), p )p 是参数， c 是任意常数；⎧Φ(x , p , c ) = 0（iii ）若求得（5.3）的通解形式为Φ(x , p , c ) = 0 ，则得（5.1）的参数形式的通解为⎨ y = f (x , p )，其中 p是参数， c 是任意常数．6．（可解出 x 的方程）形如 x =dyf ( y , dy ) (6.1)的方程，这里假设 f ( y , y ') 有连续的偏导数． dx解法：（1）引进参数 p = ，则方程（6.1）变为 x = dxf ( y , p ) （6.2）；（2）将（6.2）两边对 y 求导，并以 dx = 1 代入，得 1 = ∂f +∂f ∂p（6.3），这是关于变量 y , p 的一阶微分方 dy p p ∂y ∂p ∂y程；⎧x = f ( y , p )（3）若求得（6.3）的通解形式为Φ( y , p , c ) = 0 ，则得（6.1）的参数形式的通解为⎨Φ( y , p , c ) = 0 ，其中 p 是参数， c 是任意常数．7．（不显含 y 的方程）形如 F (x , dy) = 0 的方程，这里假设 F (x , y ') 有连续的偏导数． dx解法：（1）设 p =，则方程变为F (x , p ) = 0 ；dx⎧x = ϕ(t )（2）引入参数t ，将 F (x , p ) = 0 用参数曲线表示出来，即⎨⎩ ，（关键一步也是最困难一步）； =ψ (t )（3）把 x = ϕ(t ) ， p =ψ (t ) 代入 dy = pdx ，并两边积分得 y =⎰ψ (t )ϕ'(t )dt + c ；⎧⎪x = ϕ(t )（4）通解为⎨⎪ y = ⎰ ψ (t )ϕ'(t )dt + c ． 8．（不显含 x 的方程）形如 F ( y , dy) = 0 的方程，这里假设 F ( y , y ') 有连续的偏导数．dx解法：（1）设 p = ，则方程变为 F ( y , p ) = 0 ； dx⎧ y = ϕ(t )（2）引入参数t ，将 F ( y , p ) = 0 用参数曲线表示出来，即⎨ p =ψ ，（关键一步也是最困难一步）； (t )dyϕ'(t )（3）把 y = ϕ(t ) ， p =ψ (t ) 代入 dx = p ，并两边积分得 x = ⎰ ψ dt + c ；(t )⎧x = ϕ'(t )⎪ （4）通解为⎨dt + c ψ (t ) ． ⎪⎩y = ϕ(t ) 9．（ F (x , y(k ), , y (n -1) , y n ) = 0(k ≥ 1) 型可降阶高阶方程）特点：不显含未知函数 y 及 y ', , y (k -1) ．p ⎰解法：令y(k ) =z(x) ，则y(k +1) =z'，y(n)=z(n-k ) ．代入原方程，得F (x, z(x), z'(x), , z(n-k ) (x)) = 0 ．若能求得z(x) ，1 = +⎰x ⎪ 0n 0 ⎰⎪ ⎨ dx将 y(k )= z (x ) 连续积分 k 次，可得通解．10．（ y(n )= f ( y , y (k ) , , y (n -1) ) 型可降阶高阶方程）特点：右端不显含自变量 x ．' '' = dp dy dP ''' 2 d 2p dP 2 解法：设 y = p ( y ) ，则 y = P , y = P + P ( ) , ，代入原方程得到新函数 P ( y ) 的(n -1) 阶 dy dx dy dy 2dydy dy方程，求得其解为 dx = P ( y ) = ϕ( y , C 1, , C n -1 ) ，原方程通解为⎰ ϕ( y , C , , Cn -1 )= x + C n ．11．（恰当导数方程）特点：左端恰为某一函数Φ(x , y , y ', , y (n -1)) 对 x 的导数，即 ddxΦ(x , y , y ', , y (n -1) ) = 0 ．解法：类似于全微分方程可降低一阶Φ(x , y , y ', , y (n -1)) = C ，再设法求解这个方程．12．（齐次方程）特点： F (x , ty , ty ', , ty (n )) = t k F (x , y , y ', , y (n ) ) （ k 次齐次函数）．解法：可通过变换 y = e ⎰zdx将其降阶，得新未知函数z (x )．因为 y ' = ze ⎰zdx, y ' = (z '+ z 2)e ⎰zdx, , y(n )= Φ(z , z ', , z (n -1) )e ⎰zdx，代入原方程并消去e k ⎰ zdx ，得新函数 z (x ) 的(n -1) 阶方程 f (x , z , z ', , z (n -1)) = 0 ．⎧dy13．（存在唯一性定理）考虑初值问题⎪ dx f (x , y ) （13.1），其中 f (x , y ) 在矩形区域 R : x - x≤ a , y - y≤ b 上连⎨0 0 ⎪ y (x ) = y ⎩ 0 0续，并且对 y 满足 Lipschitz 条件：即存在 L > 0 ，使对所有(x , y 1 ), (x , y 2 ) ∈ R 常成立 bf (x , y 1 ) - f (x , y 2 ) ≤ L y 1 - y 2 ，则初值问题（13.1）在区间 x - x 0 ≤ h 上的解存在且唯一，这里h = min(a ,M), M = Max ( x , y )∈R f (x , y ) ．x初值问题（13.1）等价于积分方程 y y 0 0 ⎧ϕ (x ) = yf (t , y )dt ，构造Picard 逐步逼近函数列{ϕn (x )}⎨ϕ (x ) = y +f (ξ,ϕn -1(ξ ))dxx 0 ≤ x ≤ x 0 + h ， n = 1, 2, ．⎩x 014．（包络的求法）曲线族Φ(x , y , c ) = 0 （14.1）的包络包含在下列两方程 ⎧Φ(x , y , c ) = 0 Φ' (x , y , c ) = 0消去参数c 而得到的曲线⎩ c F (x , y ) = 0 之中．曲线 F (x , y ) = 0 称为（14.1）的c - 判别曲线．15．（奇解的直接计算法）方程 F (x , y , dy) = 0（15.1）的奇解包含在由方程组⎧F (x , y , p ) = 0 消去参数 p 而得到的曲dx ⎨F '(x , y , p ) = 0 ⎩ c线Φ(x , y ) = 0 之中，此曲线称为（15.1）的 p - 判别曲线，这里 F (x , y , p ) = 0 是 x , y , p 的连续可微函数．注： p - 判别曲线是否为方程的奇解，尚需进一步讨论． 16．（克莱罗方程）形如 y = xdy+ f ⎛ dy ⎫（16.1）的方程，称为克莱罗方程，这里 f ''( p ) ≠ 0 ． ⎪ dx ⎝ ⎭= x⎨y = xp + f ( p )⎩x (t ) x (t ) x (t ) 解法：令 p = dy，得 y = xp + f ( p ) ．两边对 x 求导，并以dy= p 代入，即得 p = x dp + p + f '( p ) dp，经化简， dx得dp[x + f '( p )] = 0 ． dx dpdx dx dx如果 = 0 ，则得到 p = c ．于是，方程（16.1）的通解为： y = cx + f (c ) ．dx如果 x + f '( p ) = 0 ，它与等式 y = xp + f ( p ) 联立，则得到方程（16.1）的以 p 为参数的解：⎧x + f '( p ) = 0或⎩⎧x + f '(c ) = 0 ⎨y = xc + f (c )其中c 为参数．消去参数 p 便得方程的一个解．17．（函数向量组线性相关与无关）设 x 1 (t ), x 2 (t ), , x m (t ) 是一组定义在区间[a , b ] 上的函数列向量，如果存在一组不全为 0 的常数c 1 , c 2 , c m ，使得对所有 a ≤ t ≤ b ，有恒等式c 1 x 1 (t ) + c 2 x 2 (t ) + + c m x m (t ) = 0 ，则称 x 1 (t ), x 2 (t ), , x m (t ) 在区间[a , b ] 上线性相关；否则就称这组向量函数在区间[a , b ] 上线性无关．⎡ x 11 (t )⎤ ⎡ x 12 (t ) ⎤ ⎡ x 1n (t ) ⎤⎢ x (t )⎥ ⎢ x (t )⎥ ⎢ x (t )⎥ 18．（Wronsky 行列式）设有 n 个定义在 a ≤ t ≤ b 上的向量函数 x (t ) = ⎢ 21 ⎥ , x (t ) = ⎢ 22 ⎥ , , x (t ) = ⎢ 2n ⎥ ， 1 ⎢ ⎥ 2 ⎢ ⎥ n ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ n 1 ⎦ ⎣ n 2 ⎦ ⎣ nn⎦ x 11 (t ) x 12 (t ) x 1n (t ) x 21 (t ) x 22 (t ) x 2n (t )由这 n 个向量函数所构成的行列式W [x 1 (t ), x 2 (t ), x n (t ) W (t ) ≡称为这 n 个向量函数所构成的 Wronsky 行列式．x n 1 (t ) x n 2 (t ) x nn (t )如果向量函数 x 1 (t ), x 2 (t ), , x n (t ) 在 a ≤ t ≤ b 上线性相关，则它们的 Wronsky 行列式W (t ) ≡ 0, a ≤ t ≤ b ． 19．（基解矩阵的计算公式）（1）如果矩阵 A 具有 n 个线性无关的特征向量v 1, v 2 , , v n ，它们相应的特征值为λ1, λ2 , , λn （不必互不相同），那么矩阵Φ(t ) = [e λ1t v , e λ2t v , , e λn tv ], -∞ < x < +∞ 是常系数线性微分方程组 x ' = Ax 的一个基解矩阵；12n（2）矩阵 A 的特征值、特征根出现复根时（略）；（3）矩阵 A 的特征根有重根时（略）．d n x d n -1 x 20．（常系数齐线性方程）考虑方程 L [x ] = dt n为n 阶常系数齐线性方程．+ a 1 dt n -1 + + a n x = 0 （20.1），其中 a 1, a 2 , a n 为常数，称（20.1）解法：（1）求（20.1）特征方程的特征根λ1, λ2 , , λk ；（2）计算方程（20.1）相应的解：（i ）对每一个实单根λk ，方程有解eλk t；（ii ）对每一个 m > 1重实根λk ，方程有 m 个解： eλk t, t e λk t , t 2e λk t , , t m -1e λk t ；m m m 2 ⎨1 ⎩（iii ）对每一个重数是 1 的共轭复数α ± β i ，方程有两个解： eαtcos β t , e αt sin β t ；（iv ）对每一个重数是 m > 1的共轭复数αe αt cos β t , te α t cos β t , , t m -1e α t cos β t ;± βi ，方程有2m 个解：；e αt sin β t , te αt sin β t , , t m -1e αtsin β t（3）根据（2）中的（i ）、（ii ）、（iii ）、（iv ）情形，写出方程（20.1）的基本解组及通解．21．（常系数非齐次线性方程） y ' + py ' + qy = f (x ) 二阶常系数非齐次线性方程对应齐次方程 y '' + py ' + qy = 0 ，通解结构 y = Y + y ．设非齐次方程特解 y = Q (x )e λ x 代入原方程 Q ''(x ) + (2λ + p )Q '(x ) + (λ 2+ p λ + q )Q (x ) = P (x )（1）若λ 不是特征方程的根， λ 2+ p λ + q ≠ 0 ，可设Q (x ) = Q (x ) ， y = Q m (x )e λ x；（2）若λ 是特征方程的单根， λ 2 + p λ + q = 0 ， 2λ + p ≠ 0 ，可设Q (x ) = xQ (x ) ，y = xQ m (x )e λ x；（3）若λ 是特征方程的重根， λ 2 + p λ + q = 0 ， 2λ + p = 0 ，可设Q (x ) = x 2Q (x ) ， y = x 2Q (x )eλ x．综上讨论，设 y = x k eλ xQ(x ) ， ⎧0λ不是根⎪ λ 是单根． ⎪ λ是重根m m m k =。

常微分方程知识点总结

常微分方程知识点总结1. 常微分方程的定义：常微分方程是指包含未知函数及其导数的方程。

一般形式为：dy/dx=f(x,y)。

其中，y为未知函数，x为自变量，f为已知函数。

2.常微分方程的分类：常微分方程可分为一阶常微分方程和高阶常微分方程。

一阶常微分方程包含未知函数的一阶导数，高阶常微分方程则包含未知函数的高阶导数。

3.一阶常微分方程的解法：一阶常微分方程的解法有几种常见的方法。

一种是分离变量法，即将方程两边进行变量分离，然后进行积分。

另一种是齐次方程法，将方程进行变量替换后化为齐次方程，然后进行求解。

还有一种是线性方程法，将方程化为线性方程，然后进行求解。

4.高阶常微分方程的解法：对于高阶常微分方程，常用的方法是特征根法。

通过求解其特征方程得到特征根，然后根据特征根的个数和重数，确定齐次线性微分方程的通解形式。

再根据待定系数法确定非齐次线性微分方程的一个特解，进而得到非齐次线性微分方程的通解。

5.常微分方程的初值问题：常微分方程的初值问题指的是给定一个初始条件，求解满足该条件的函数。

在求解过程中，需要将初始条件代入方程，得到特定的常数，从而确定唯一的解。

6.常微分方程的数值解法：对于一些难以求解的常微分方程，可以采用数值解法进行求解。

常见的数值解法包括欧拉法、龙格-库塔法、亚当斯法等。

这些方法通过将微分方程转化为差分方程，然后进行迭代计算，逼近微分方程的解。

7.常微分方程的稳定性分析：稳定性分析是研究常微分方程解的长期行为。

可以通过线性化理论、相图等方法进行稳定性分析。

线性化理论通过线性化方程，判断非线性常微分方程解的稳定性。

相图是一种可视化的方法，通过绘制解的轨迹图，观察解的长期行为。

8.常微分方程的应用：常微分方程在各个领域都有广泛的应用。

在物理学中，常微分方程可以描述运动学问题、电路问题等。

在工程学中，可以应用于控制系统、电力系统等。

在生物学中，可以用于建立生物模型、研究生物过程等。

总结起来，常微分方程是数学中的一门重要学科，研究的是包含未知函数及其导数的方程。

常微分方程总复习

常微分方程复习总结初等积分法一、主要概念常微分方程：未知函数是一个变元的函数，由这样的函数及其导数（或微分）构成的等式。

方程的阶：在微分方程中，未知函数最高阶导数的阶数，称为方程的阶。

微分方程的解：一个函数代入微分方程中去，使得它成为关于自变量的恒等式，称此函数为微分方程的解。

通解：n 阶方程，其解中含有n 个（独立的）任意常数，此解称为方程的通解。

由隐式表出的通解称为通积分。

特解：给通解中的任意常数以定值，所得到的解称为特解，由隐式给出的特解称为特积分。

初值问题：求微分方程满足初值条件的解的问题。

变量可分离方程：形如 )()(d d y g x f xy=或 y y N x M x y N x M d )()(d )()(2211= 的方程称为变量可分离方程。

齐次微分方程：形如)(d d xyx y ϕ=的方程，称为齐次微分方程。

线性微分方程：未知函数和它的导数都是一次的微分方程。

一阶线性微分方程：一阶线性微分方程的形式是 )()(d d x f y x p x y =+ 如果0)(≡x f ,即0)(d d =+y x p xy称为一阶线性齐次方程。

如果)(x f 不恒为零，则称)()(d d x f y x p x y=+为一阶线性非齐次方程。

伯努利（Bernoulli ）方程：形如 n y x f y x p xy)()(d d =+ (1,0≠n ) 的方程，称为伯努利方程。

全微分方程：如果微分形式的一阶方程0d ),(d ),(=+y y x N x y x M (1.1)的左端恰好是一个二元函数),(y x U 的全微分，即y y x N x y x M y x U d ),(d ),(),(d += (1.2)则称方程(1.1)是全微分方程或恰当方程，而函数),(y x U 称为微分式(1.2)的原函数。

积分因子：假如存在这样的连续可微函数0),(≠y x μ，使方程0d ),(),(d ),(),(=+y y x N y x x y x M y x μμ成为全微分方程，我们就把),(y x μ称为方程(1.1)的一个积分因子。

常微分方程常考知识点总结

常微分方程常考知识点总结一、基本概念。

1. 常微分方程的定义。

- 含有一个自变量和它的未知函数以及未知函数的导数（或微分）的等式称为常微分方程。

例如：y' + 2y = 0，这里y = y(x)是未知函数，x是自变量，y'是y对x的一阶导数。

2. 阶数。

- 方程中未知函数导数的最高阶数称为方程的阶。

如y''+3y' - 2y = x是二阶常微分方程，因为方程中未知函数y的最高阶导数是二阶导数y''。

3. 解、通解、特解。

- 解：如果函数y = φ(x)代入常微分方程后，使方程成为恒等式，那么y=φ(x)就称为该常微分方程的解。

- 通解：如果常微分方程的解中含有独立的任意常数，且任意常数的个数与方程的阶数相同，这样的解称为通解。

例如，对于一阶常微分方程y'=y，其通解为y = Ce^x（C为任意常数）。

- 特解：在通解中给任意常数以确定的值而得到的解称为特解。

比如在y = Ce^x中，当C = 1时，y = e^x就是一个特解。

二、一阶常微分方程。

1. 可分离变量方程。

- 形式为g(y)dy = f(x)dx的方程称为可分离变量方程。

- 求解方法：将方程两边同时积分，即∫ g(y)dy=∫ f(x)dx + C，得到方程的通解。

例如，对于方程y'=(y)/(x)，可化为(dy)/(y)=(dx)/(x)，积分得lny=lnx+C，即y = Cx （C≠0）。

2. 齐次方程。

- 形式为y'=φ((y)/(x))的方程称为齐次方程。

- 求解方法：令u = (y)/(x)，则y = ux，y'=u + xu'，原方程化为u+xu'=φ(u)，这是一个可分离变量方程，按照可分离变量方程的方法求解。

例如，对于方程y'=(y)/(x)+tan(y)/(x)，令u=(y)/(x)，方程化为u + xu'=u+tan u，即xu'=tan u，然后分离变量求解。