高等数学：第十二章 第1节 微分方程的基本概念
微分方程的基本概念
3．具有初始条件的微分方程： 此类微分方程的特点是给定了某些函数值 ，如 都是给定的数（称为初值） 等，其中 y0 ， y0 y x x y0 ， y x x y0 。此时所求出
0 0
的微分方程的解称为微分方程的特解，不包含任意常数 C 。
注 1：微分方程的特解不包含任意常数 C ，因为此时可利用初始条件将常数 C 变 为确定的数。
例 1：解微分方程
现将初始条件 y x 0 1 代入通解 y x 2 C ，得： 1 02 C ，从而有 C 1 于是，该微分方程的特解为 y x 2 1
注：解具有初始条件的微分方程大致分为两步：求出微分方程的通解（此时无需
理会初始条件） ；代入初始条件求得特解。
第一节 微分方程的基本概念
1．微分方程：微分方程主要处理未知函数、未知函数的导数与自变量间的关系。
例 1：
dy 2 x 为一阶微分方程。 dx
例 2： x
d2y dy x2 4 x 3x 3 为二阶微分方程。 2 dx dx
注：微分方程的阶数等于方程中的导数的最高阶数。 2．微分方程的通解：微分方程中的通解包含任意常数，且任意常数的个数等于 微分方程的阶数。
再将初始条件 y x 1 2 代入 y
于是，该微分方程的特解为 y
先将初始条件 y x 1 3 代入 y x 2 C1 ，得： 3 12 C1 ，从而有 C1 2 于是有 y
x3 x3 C1 x C2 2 x C2 3 3
x3 13 1 2 x C2 ， 得：2 2 1 C2 ， 从而有 C2 3 3 3 x3 1 2x 3 3
d2y 例 2：解微分方程 2 2 x 。 dx
微分方程—微分方程的基本概念(高等数学课件)
2
把 2 、x的表达式代入方程后成为一个恒等式，
这说明： = 1 + 2 ,是微分方程的解，并且是通解.
课程小结
微分方程的定义
微分方程的阶
（常微分方程，偏
微分方程）
微分方程的解
（通解，特解，
定解条件）
= −0.2 2 + 20.
微分方程的阶，解
例1：验证函数 = 1 +
2
2 ,是微分方程 2
+ 2 = 0的解.
解：求出所给函数的导数
= −1 + 2 ,
2
2
2
=
−
−
2
1
其中 ，−1 ⋯ ，1 ， ()， 是关于的函数.
微分方程的阶，解
微分方程的阶：方程中所含有未知函数导数（或微分）的最高阶数.
一般的，n阶微分方程的形式：
, , ′ ， ⋯ () = 0, 或 () = , , ′ , ⋯ (−1) .
等式，那么函数 = 是微分方程的解.
例：
通解：
2
= −0.4
2
= 3,
=
3 2
2
3
+ ，
3
2
特解： = 2 + 2 .
= −0.2 2 + 1 + 2 ，
= −0.2 2 + 20.
微分方程的阶，解
通解：微分方程的解中含有任意常数，且独立的任意的常数的个数
等于该方程的阶数.
特解：当通解中各任意常数都取定值时所得的解.
微分方程基本概念介绍
微分方程基本概念介绍微分方程（Differential equation）是数学中研究函数与其导数（或称微商）之间的关系的方程。
它在物理学、工程学、经济学等领域有广泛的应用。
本文将就微分方程的基本概念进行介绍。
一、微分方程的定义微分方程是一个含有未知函数及其导数的方程。
一般形式为F(x, y, y', y'', ...) = 0，其中x是自变量，y是未知函数，y'、y''分别表示一阶、二阶导数。
二、微分方程的类型1.第一阶微分方程：形式为dy/dx = f(x)的微分方程，它包含一阶导数，最高阶数为1；2.第二阶微分方程：形式为d²y/dx² = f(x)的微分方程，它包含二阶导数，最高阶数为2；3.常系数微分方程：系数与自变量无关的微分方程，如dy/dx + ay = 0；4.线性微分方程：未知函数及其导数只有一次项且可相加，如y''+ p(x)y' + q(x)y = f(x)；5.非线性微分方程：未知函数及其导数有非线性项的微分方程，如y' = y²。
三、解微分方程的方法1.可分离变量法：将方程重写成形式dy/f(y) = g(x)dx，然后分别对x和y积分；2.齐次微分方程法：将微分方程转化为全微分形式dz = P(x, y)dx + Q(x, y)dy，其中P和Q为关于x和y的函数，然后求z的通解；3.一阶线性微分方程法：利用一阶线性微分方程的特性，找到形如y = u(x)v(x)的通解；4.常系数线性微分方程法：对于常系数微分方程，可通过特征方程求得特解；5.变量代换法：通过变量代换将微分方程转化为更简单的形式，再进行求解；6.数值解法：对于无法解析求得的微分方程，可以通过数值计算方法求得近似解。
四、微分方程的应用微分方程广泛应用于物理学、工程学、经济学等领域。
它可用于描述动力学系统、电路网络、人口变化、物质传输等各类问题。
微分方程的基本概念
微分方程的基本概念微分方程的基本概念一、微分方程的定义微分方程是描述自变量和它的某些函数之间关系的方程，其中包含了这些函数在某一点上的导数或者微分。
二、微分方程的分类1.按照未知函数个数分类：(1) 一阶微分方程：只涉及一个未知函数及其导数。
(2) 二阶微分方程：涉及一个未知函数及其前两个导数。
(3) 高阶微分方程：涉及一个未知函数及其前n个导数。
2.按照系数是否含有自变量分类：(1) 常系数微分方程：系数不含有自变量。
(2) 变系数微分方程：系数含有自变量。
3.按照解析解是否存在分类：(1) 可解析求解的微分方程：存在精确解式。
(2) 不可解析求解的微分方程：不存在精确解式，需要采用近似方法求解。
三、常见一阶线性微分方程1. 标准形式：$$\frac{dy}{dx}+p(x)y=q(x)$$其中，$p(x)$和$q(x)$均为已知函数，$y=y(x)$为未知函数。
2. 求解步骤：(1) 求出齐次线性微分方程的通解：$\frac{dy}{dx}+p(x)y=0$(2) 求出非齐次线性微分方程的一个特解。
(3) 通解为齐次通解加上特解。
四、常见一阶非线性微分方程1. 可分离变量的微分方程：$$\frac{dy}{dx}=f(x)g(y)$$将式子两边同时积分即可求出通解。
2. 齐次微分方程：$$\frac{dy}{dx}=f(\frac{y}{x})$$其中，$f(u)$是关于$u$的已知函数，将$y=ux$代入原式中，化简后得到一个变量可分离的微分方程，进而求出通解。
3. 一阶线性微分方程：$$\frac{dy}{dx}+P(x)y=Q(x)y^n$$其中，$P(x)$和$Q(x)$均为已知函数。
通过变量代换和积分可以求出其通解。
五、常见二阶线性微分方程1. 标准形式：$$y''+py'+qy=f(x)$$其中，$p(x),q(x),f(x)$均为已知函数。
2. 求解步骤：(1) 求出其对应的齐次线性微分方程的通解：$y''+py'+qy=0$(2) 求出非齐次线性微分方程的一个特解。
高等数学第十二章微分方程
dy 1 dy y 2 y 2 。这是贝努利方程， 解出 ? ，得 dx x dx
对于这些类型的方程，它们各自都有固定的解法。如
果所给的方程按上述思路不能转化为已知类型的方程，这 时常用的方法和技巧如下： A.熟悉常用的微分公式； B.选取适当的变量代换，转化成上述可解类型的方程； C．变换自变量和因变量（即有时把 y看成自变量，而 考虑
dx 的方程类型）。 dy
一阶微分方程的解题方法流程图如下。
解题方法流程图
求Pdx Qdy 通解 0 Yes 可分离变量 No Yes
P Q y x
dy 解出 dx = f ( x, y )
No
可分离变 量方程
全微分 方程
齐次方程
dy y ( ) dx x
dy P ( x ) y Q( x ) dx
一阶线性方程
dy P ( x ) y Q( x ) y n dx
dy y （2）齐次方程： dx x
dy P ( x ) y Q( x ) （3）一阶线性微分方程： dx
dy n （4）伯努利方程： P ( x ) y Q( x ) y ( n 0,1) dx
（5）全微分方程：P ( x , y )dx Q( x , y )dy 满足 ,0
y dy du u x 解：令 u ,于是 y ux , ,上式可化为 x dx dx
du 1 u cos u u x sec u u dx cos u
du sec u , 为可分离变量的方程 即x dx
分离变量 积分得 所以 故原方程的通解为
dx cos udu x sin u ln x ln C
微分方程的基本概念
微分方程的基本概念微分方程是数学中一类重要的方程，它揭示了变量之间的关系以及如何随时间、空间或其他变量的变化而变化。
通过解微分方程，我们可以了解并预测诸如物理系统、工程问题、经济模型等领域中的现象和行为。
一、微分方程的定义和形式微分方程是描述函数及其导数之间关系的方程。
一般形式为：dy/dx = f(x)其中，y是关于自变量x的未知函数，f(x)表示它的导数。
微分方程还可以包括更高阶导数和多个变量。
二、微分方程的分类根据微分方程中出现的未知函数和导数的阶数，可以将微分方程分为常微分方程和偏微分方程。
1. 常微分方程常微分方程仅包含未知函数的一阶或高阶导数。
根据方程中的未知函数和导数的个数，常微分方程又可分为一阶常微分方程和高阶常微分方程。
一阶常微分方程的一般形式为：dy/dx = f(x, y)或者dy/dx = g(x)高阶常微分方程的一般形式为：dⁿy/dxⁿ = f(x, y, dy/dx, d²y/dx², ..., dⁿ⁻¹y/dxⁿ⁻¹)其中，n为正整数。
2. 偏微分方程偏微分方程包含多个未知函数和其偏导数。
它们通常描述多变量函数的行为，例如描述传热问题、波动现象等。
常见的偏微分方程有泊松方程、热传导方程、波动方程等。
三、微分方程的解解微分方程意味着找到满足方程的函数。
根据方程类型和求解方法，解可以分为显式解和隐式解。
1. 显式解显式解是对于给定的自变量x，能够直接计算得到的解析表达式。
例如，一阶常微分方程dy/dx = f(x)的显式解为y = F(x)，其中F(x)是f(x)的一个不定积分。
2. 隐式解隐式解是对于给定的自变量x，无法直接解析计算的解。
通常，隐式解可以通过化简方程或使用特定的数值和计算方法来获得。
四、微分方程的应用微分方程是数学在自然科学、工程技术和社会科学等领域中广泛应用的工具。
以下是微分方程在几个领域的应用示例：1. 物理学微分方程在物理学中有广泛的应用，如牛顿第二定律、电动力学中的麦克斯韦方程、量子力学中的薛定谔方程等都可以表示为微分方程，用于研究物理系统的运动、力学性质和量子态等。
微分方程认识微分方程的基本概念与解法
微分方程认识微分方程的基本概念与解法微分方程：认识微分方程的基本概念与解法微分方程是数学中的一个重要分支，广泛应用于物理、工程、生物等领域。
本文将介绍微分方程的基本概念和解法，以帮助读者对微分方程有更深入的认识。
一、微分方程的定义和分类微分方程是含有未知函数及其导数的方程。
一般可分为常微分方程和偏微分方程两类。
常微分方程仅涉及一个独立变量，而偏微分方程则涉及多个独立变量。
常微分方程还可根据阶数进行分类，其中阶数为二的方程较为常见。
例如，一阶线性微分方程可表示为dy/dx + p(x)y = q(x)，其中p(x)和q(x)是已知函数；二阶线性微分方程可表示为d²y/dx² + p(x)dy/dx +q(x)y = r(x)，其中p(x)，q(x)，和r(x)是已知函数。
二、解微分方程的基本方法1. 可分离变量法当微分方程可通过分离变量后进行变量代换，使之变为两个纯变量相乘的形式时，可利用可分离变量法解方程。
具体步骤为将方程两端分离相乘并求积分，最后解出未知函数。
2. 线性微分方程的齐次与非齐次解法线性微分方程是指可写成dy/dx + p(x)y = q(x)形式的方程。
对于齐次线性方程dy/dx + p(x)y = 0，可通过变量代换将其转化为一阶可分离变量方程进行求解。
对于非齐次线性方程dy/dx + p(x)y = q(x)，可通过常数变易法求得非齐次线性微分方程的一个特解，并将通解与特解相加得到最终解。
3. 常系数线性微分方程的解法常系数线性微分方程是指方程中的系数与自变量无关。
一般形式为dⁿy/dxⁿ + a₁dⁿ⁻¹y/dxⁿ⁻¹ + ... + an-1dy/dx + any = 0。
解常系数线性微分方程的方法是先猜解，再通过代入方程进行求解。
4. 齐次线性微分方程的解法齐次线性微分方程是指方程中非齐次项为零的方程。
解齐次线性微分方程的方法是先猜解，再通过代入方程进行求解。
微分方程基本概念
微分方程基本概念微分方程是数学中重要的概念，它在各个科学领域中都有广泛的应用。
本文将介绍微分方程的基本概念以及一些基本解法。
一、微分方程的定义微分方程是包含未知函数及其导数的方程。
形式上，微分方程可以表示为：F(x, y, y', y'', ..., y^(n)) = 0其中，x是自变量，y是未知函数，y', y'', ..., y^(n)是y的一阶到n阶导数，F是关于x、y、y'、y''等的函数。
二、微分方程的类型根据微分方程中未知函数的阶数，可以将微分方程分为常微分方程和偏微分方程两类。
常微分方程中的未知函数只与自变量的一个变量有关，而偏微分方程中的未知函数与自变量的多个变量有关。
常微分方程按照阶数又可以分为一阶微分方程、二阶微分方程等。
一阶微分方程中只包含一阶导数，表示为：dy/dx = f(x, y)二阶微分方程中包含一阶和二阶导数，表示为：d^2y/dx^2 = f(x, y, dy/dx)三、微分方程的解解微分方程的过程被称为求解微分方程。
根据微分方程的形式和特点，可以使用不同的解法。
1. 可分离变量法对于可分离变量的一阶微分方程，可以通过分离变量的方式求解。
将方程两边分开，然后进行积分，最后解出未知函数的表达式。
2. 齐次方程法对于形如dy/dx = f(x, y)/g(x, y)的一阶微分方程，如果f(x, y)和g(x, y)在全平面上具有相同的齐次性质，即对任意常数k，f(kx, ky) = k^mf(x, y)和g(kx, ky) = k^n g(x, y)，则可以使用齐次方程法求解。
3. 线性微分方程法对于形如dy/dx + P(x)y = f(x)的一阶线性微分方程，可使用线性微分方程法求解。
通过乘以一个积分因子将方程化为可积的形式，并通过积分求解。
4. 变量分离法、公式法、特征值法等对于不同类型的微分方程，还有其他一些特定的解法。
微分方程的基本概念
微分方程是数学中重要的一个分支，其在物理、工程、经济等领域具有广泛的应用。
微分方程的基本概念包括了方程的定义、解的定义、初值问题以及一阶线性微分方程等。
首先，我们来看微分方程的定义。
微分方程是包含未知函数及其导数或微分的关系式。
它是数学分析的研究对象，用来研究函数在局部上的变化规律。
通常用x来表示自变量，用y表示函数的取值，用y'表示函数y对x的导数。
微分方程可以分为常微分方程和偏微分方程两大类。
接下来，我们来看微分方程的解的定义。
微分方程的解是指满足该方程的函数。
一般来说，微分方程的解不是唯一的，而是存在无穷多个。
例如，对于一阶线性微分方程y'+p(x)y=q(x)，其中p(x)和q(x)是已知函数，可以通过积分的方法求得其解。
解的形式可以是显式解或隐式解，取决于方程的形式和解的表达方式。
然后，我们来看初值问题。
初值问题是指在微分方程中给定一个特定的初值条件，要求求解满足该条件的解。
例如，对于一阶线性微分方程y'+y=0，给定初始条件y(0)=1，可以求解得到解y(x)=e^{-x}。
初值问题在应用领域中具有重要的意义，例如在物理学中，我们常常根据初始条件求解出系统的运动规律。
最后，我们来看一阶线性微分方程。
一阶线性微分方程是最简单和最常见的微分方程形式。
一般来说，一阶线性微分方程可以写作y'+p(x)y=q(x)，其中p(x)和q(x)是已知函数。
我们可以通过积分的方法求解这类方程，即将方程两边同时积分，得到y=∫q(x)e^{-\int p(x)dx}dx+C。
其中C是一个常数，它代表了方程的任意常数。
总结起来，微分方程是数学中重要的一个分支，它可以用来研究函数在局部上的变化规律。
微分方程具有基本的概念，包括方程的定义、解的定义、初值问题以及一阶线性微分方程等。
微分方程在物理、工程、经济等领域具有广泛的应用，例如求解物理系统的运动规律、分析电路的行为、研究经济的增长模式等。
大学课件高等数学微分方程
将 y , y , y 代入微分方程中, 得
r 3r 2 0
2
( r 2 )( r 1 ) 0
r1 2 , r2 1
得两个解 y1 e 2 x , y 2 e x .
15
微分方程的基本概念
最后,看一个相反的问题
例 求含有两个任意常数C1, C2的曲线族
一般的n阶微分方程为
, , y ( n ) ) 0 , F ( x, y, y
已解出最高阶导数的微分方程 今后讨论
y
(n)
f ( x , y , y , , y
( n 1 )
).
y f ( x, y ) 一阶 几何意义 是过定点的积分曲线; y x x0 y 0 y f ( x , y , y ) 二阶 y x x0 y 0 , y x x0 y 0
微分方程的基本概念
问题的提出 基本概念
(differential equation)
小结
思考题
作业
第十二章
微分方程
4
微分方程的基本概念
一、问题的提出
例 一曲线通过点 (1 , 2 ), 且在该曲线上任一点
M ( x , y ) 处的切线的斜率为 2 x , 求这曲线的方程.
解 设所求曲线为 y y ( x )
第十二章
微分方程
2
本章主要介绍微分方程的一些基本概念和几 种常用的微分方程的解法,讨论如下几个问题: 1. 微分方程的基本概念; 2. 一阶微分方程; 3. 几种可积的高阶微分方程; 4. 线性微分方程及其通解的结构; 5. 常系数齐次线性方程;
6. 常系数非齐次线性方程.
微分方程的基本概念和分类
微分方程的基本概念和分类作为数学中的基础内容，微分方程一直以来都是数学爱好者和学者心中的热门话题。
本篇文章将阐述微分方程的基本概念和分类，让读者对微分方程有一个全面而深入的了解。
一、微分方程的基本概念微分方程是一种数学方程，它涉及函数和其导数的关系。
通俗地说，微分方程可以用来描述自然世界中许多现象，如物理学中的运动方程和化学中的反应动力学等问题。
一般来说，微分方程可以分为常微分方程和偏微分方程两类。
在常微分方程中，只有一个自变量变化，而偏微分方程则有多个自变量变化。
除此之外，我们还需要了解微分方程的阶数和形式。
微分方程的阶数指的是导数的最高阶数，而微分方程的形式则指方程的一般形式，常见的包括线性微分方程、非线性微分方程、高阶微分方程等。
二、微分方程的分类1. 常微分方程常微分方程是指只包含一个自变量的微分方程。
它可以进一步分为一阶常微分方程和高阶常微分方程两类。
一阶常微分方程一般可以写成形如y′=f(x,y)的形式，其中y′表示y关于x的导数，f(x,y)是已知的函数。
高阶常微分方程可以写成形如y(n)=f(x,y,y′,y′′,……,y(n−1))的形式，其中y(n)表示函数y的n阶导数，f(x,y,y′,y′′,……,y(n−1))是已知的函数。
2. 偏微分方程偏微分方程是指包含多个自变量的微分方程。
它也可以进一步分为常系数线性偏微分方程、非常系数线性偏微分方程和非线性偏微分方程等。
常系数线性偏微分方程可以写成形如∂2u/∂x2+∂2u/∂y2=k2u 的形式，其中u表示未知函数，k是已知的常数。
非常系数线性偏微分方程的形式和常系数形式类似，只不过k是一个未知的函数。
非线性偏微分方程的形式则更为复杂，包括众多的方程类型。
总结起来，微分方程是数学中极为重要的一个分支，它涉及到许多领域中物理、化学、生物学等问题的描述。
熟悉微分方程的基本概念和分类对于我们掌握微分方程的求解方法和应用具有非常重要的意义。
微分方程全部知识点
微分方程全部知识点微分方程是数学中的一个重要分支，用于描述自然现象中涉及到变化的规律及其演化过程。
微分方程广泛应用于各个领域，如物理学、工程学、经济学、生物学等。
本文将全面介绍微分方程的全部知识点，帮助读者更好地理解和掌握微分方程的理论和应用。
一、微分方程的定义和基本概念微分方程是描述数学模型中变化的规律的方程，其中涉及到未知函数及其导数。
微分方程分为常微分方程和偏微分方程两种。
常微分方程中只包含一元函数的导数，偏微分方程中包含多元函数的偏导数。
微分方程的解是指能够使方程成立的未知函数，通常表示为y(x)。
微分方程的解可以是一个函数，也可以是一组函数。
二、一阶常微分方程一阶常微分方程是指只含一元函数y及其一阶导数y'的微分方程。
一阶常微分方程的一般形式为：y'=f(x,y)通过分离变量法、全微分法或者常数变易法等方法可以求得一阶常微分方程的通解和特解。
一阶常微分方程的应用广泛，如在物理学中描述运动的规律，在经济学中描述增长的规律等。
三、高阶常微分方程高阶常微分方程是指含有未知函数y和其多次导数的微分方程。
高阶常微分方程的一般形式为：y''+p(x)y'+q(x)y=f(x)其中y'和y''分别表示y的一阶和二阶导数。
通过特征方程法或常数变易法等方法可以求解高阶常微分方程的通解和特解。
高阶常微分方程的应用也很广泛，如描述物理学中的振动问题、电路分析问题等。
四、偏微分方程偏微分方程是指包含多元函数及其偏导数的微分方程。
偏微分方程的一般形式为：F(x,y,u,u_x,u_y,...,u_{xy},...)=0其中u表示未知函数，u_x和u_y分别表示u对于x和y的偏导数。
偏微分方程的求解方法通常是根据具体问题选择合适的方法，如叠加法、分离变量法、变数分离法等。
五、常用的一些微分方程模型除了上述的常微分方程与偏微分方程之外，微分方程还有一些常用的模型，如：1. 简单利率模型这个模型描述的是在简单利率下的本金增长规律。
微分方程的基本概念
微分方程的基本概念1. 概念定义微分方程是描述函数与其导数之间关系的方程。
一般形式为：F(x, y, dy/dx, d^2y/dx^2, ..., d^n-1y/dx^n-1) = 0其中，x是自变量，y是因变量，dy/dx是y对x的导数，依此类推。
微分方程可以分为常微分方程和偏微分方程两类。
常微分方程中只涉及一个自变量，而偏微分方程中涉及多个自变量。
2. 重要性微分方程在物理学、工程学、生物学等领域中有着广泛的应用。
通过建立物理规律或实验数据与数学模型之间的联系，可以利用微分方程来预测和解释自然现象和工程问题。
它是现代科学研究和工程技术应用的基础。
具体而言，微分方程在以下几个方面具有重要性：(1) 描述动态过程微分方程可以描述许多动态过程，如运动物体的运动轨迹、电路中电流和电压随时间的变化、化学反应速率等。
通过求解这些微分方程，可以得到关于系统行为的详细信息。
(2) 预测未来行为通过已知的初始条件和微分方程，可以求解出函数在未来某个时间点的值。
这使得微分方程成为预测和规划问题的重要工具，如天气预报、金融市场预测等。
(3) 优化问题求解许多优化问题可以归结为微分方程的求解。
例如，在物理中常常需要找到使某个物理量最小或最大的条件。
这些问题可以通过求解微分方程获得最优解。
(4) 建模与仿真通过将实际问题建模成微分方程，可以进行数值模拟和仿真。
这对于工程设计、新产品开发等领域非常重要。
例如，在飞机设计中，可以使用微分方程来模拟空气动力学效应，从而改进飞机性能。
3. 应用举例微分方程在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些典型的应用举例：(1) 物理学中的运动描述经典力学中，牛顿第二定律描述了物体运动与作用力之间的关系：m * d^2x/dt^2 = F(x, dx/dt)其中，m是物体的质量，x是位置，t是时间，F(x, dx/dt)是作用力。
(2) 生物学中的生长模型生物学中，许多生物体的生长过程可以用微分方程来描述。
微分方程全部知识点
微分方程全部知识点微分方程是数学中的一个重要分支，其概念和应用涵盖广泛，包括生物学、物理学、化学、工程学等众多领域。
本文将重点介绍微分方程的基本概念、分类以及解法，并列出相关的参考内容。
一、基本概念微分方程是描述自变量与其导数之间关系的数学方程。
其中，自变量通常为时间，而导数表示系统在不同时间点的状态。
微分方程可以分为两类：一类是常微分方程，另一类是偏微分方程。
二、分类常微分方程是指导数只包含一个自变量的微分方程，按照阶数和形式可以分为以下几类：1. 一阶常微分方程：dy/dx = f(x, y)2. 可分离变量的一阶常微分方程：dy/dx = g(x)h(y)3. 线性一阶常微分方程： dy/dx +p(x)y = q(x)4. Bernoulli方程：dy/dx +p(x)y = q(x)y^n5. 二阶线性常微分方程：d²y/dx² +p(x)dy/dx +q(x)y = f(x)偏微分方程用于描述多元函数的导数关系，并且可表示为含有多个未知函数的方程。
按照阶数和形式可以分为以下几类：1. 热方程：u(x, t) = α∂u/∂t + β∂²u/∂x²2. 波动方程：u(x, t) = α∂²u/∂t² + β∂²u/∂x²3. 椭圆方程：u(x, y) = ∑a_ij(∂²u/∂xi∂xj) + ∑b_i(∂u/∂xi) + c(x, y)三、解法常微分方程解法主要有以下几种方式：1. 可分离变量法：将常微分方程化为两个函数的乘积。
2. 齐次方程：将方程中所有项除以后，引入一个新的函数y = ux。
3. 一阶线性方程：利用积分因子将一阶线性微分方程约化为可积函数的形式。
4. Bernoulli方程、Riccati方程和其他特殊方程的解法。
偏微分方程解法主要有以下两种方式：1. 分离变量法：把问题转化为一系列常微分方程。
微分方程的基本概念
微分方程的基本概念微分方程是数学中的一个重要概念，它描述了变量之间的关系以及函数与其导数之间的关系。
微分方程在自然科学、工程技术和社会科学等多个领域中都有广泛的应用。
本文将介绍微分方程的基本概念以及其在解决实际问题中的应用。
一、微分方程的定义与分类微分方程是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是未知函数，x是自变量，f(x, y)是已知函数。
微分方程可分为常微分方程和偏微分方程两类。
常微分方程是只含有未知函数的一阶或高阶导数的微分方程，它在某个区间上成立。
偏微分方程是对多个变量的未知函数及其偏导数进行求解，它在多维空间中成立。
二、微分方程的解与初值问题给定一个微分方程，我们需要求解它的解。
解是使得方程成立的函数。
常微分方程的解可以表示为y = φ(x) + C，其中φ(x)是方程的特解，C是常数。
特解是满足特定条件的解。
对于常微分方程，我们还需考虑初值问题，即给定一些初始条件，求解出满足这些条件的特解。
三、微分方程的阶与线性性质微分方程的阶指方程中最高阶导数的阶数。
一阶微分方程只包含一阶导数，二阶微分方程包含二阶导数，以此类推。
方程的阶数决定了方程解的复杂程度。
微分方程还有线性性质，即满足叠加和齐次性质。
叠加性质表示如果一个方程有两个特解，那么它们的线性组合也是方程的解。
齐次性质表示如果一个方程的解满足某些条件，那么满足这些条件的倍数也是方程的解。
四、微分方程的应用微分方程在科学和工程中有广泛的应用。
它可以描述物理学中的运动、传热、弹性力学等现象。
在经济学中，微分方程可以用来研究经济指标的变化趋势和关系。
在生物学中，微分方程可用于模拟生物种群的增长和传播。
在电路理论中，微分方程可以描述电路中电压和电流的变化。
五、常见微分方程的例子1. 一阶线性微分方程：dy/dx + p(x)y = q(x)2. 二阶线性常系数齐次微分方程：d²y/dx² + a dy/dx + by = 03. 二阶线性非齐次微分方程：d²y/dx² + a dy/dx + by = f(x)4. 常见的偏微分方程有热传导方程、波动方程和拉普拉斯方程等。
微分方程的基本概念
微分方程的基本概念微分方程是数学中重要的研究对象，它在自然科学、工程技术和社会科学等各个领域中有着广泛的应用。
本文将介绍微分方程的基本概念，包括微分方程的定义、分类、解、初值问题以及一些重要的定理和应用。
一、微分方程的定义微分方程是含有未知函数及其导数的方程。
一般形式为：$\frac{{dy}}{{dx}}=f(x,y)$。
其中，$y$是未知函数，$x$是自变量，$\frac{{dy}}{{dx}}$表示$y$关于$x$的导数，$f(x,y)$是已知函数。
微分方程描述的是函数与其导数之间的关系。
二、微分方程的分类根据微分方程中出现的未知函数的阶数和自变量的个数，微分方程可分为常微分方程和偏微分方程两类。
常微分方程中只涉及一个自变量，而偏微分方程中涉及多个自变量。
常微分方程可进一步分为线性微分方程和非线性微分方程。
线性微分方程中未知函数及其导数的次数均为一次，形如$\frac{{d^ny}}{{dx^n}}+a_1 \frac{{d^{n-1} y}}{{d x^{n-1}}} + \ldots + a_n y =f(x)$。
非线性微分方程中未知函数及其导数的次数不一定为一次。
偏微分方程根据方程中涉及到的导数阶数和未知函数的类型又可以进一步分为椭圆型、抛物型和双曲型方程。
三、微分方程的解求解微分方程的过程称为解微分方程。
解分为显式解和隐式解。
显式解是能直接从微分方程中解出未知函数表达式的解。
例如，对于一阶线性微分方程$\frac{{dy}}{{dx}}+P(x)y=Q(x)$，可以通过分离变量、定积分等方法求得$y$的显式解。
隐式解是无法用解析式表示的解。
例如，二阶非线性微分方程$y''+y^2=0$的解无法用初等函数表示，只能通过级数或数值方法求得近似解。
四、初值问题初值问题是求解微分方程时常见的问题形式。
给定微分方程和一个特定的条件，例如$y(0)=y_0$，即在$x=0$处给出函数$y$的取值，然后求出该条件下的解。
微分方程的基本概念
(9 7 )
其中包含两个任意常数， C 1 x ( 0 ) ,C 2 x ( 0 ) .
(97)是方(9程 1)所有解的一般 . 表达式
定义9.3 如果方程(95)的解中含有n个独立的任意 常数，则称这样的解为方程 (95)的通解. 而通解中 给任意常数以确定值的解, 称为方程 (95)的特解. 求特解的步骤：
( 9 5 )
n阶线性常微分方程般的形一式：
y (n ) a 1 (x )y (n 1 ) a n 1 (x )y a n (x )y f(x ) ( 9 6 )
不能表示成形如 (96)形式的微分方程，统称为非 线性方程.
二、微分方程的解
定义9.2 设y 函 (x )在 数 I区 上n 间 存 阶.在 导
d P k [D (P ) S (P )] ( k 0 ) ( 9 4 ) d t
在D(P)和S(P)确定的情,况 可下 解出价格t 的 与关 系.
未知函数为一元函数的微分方程定义为常微分方程; 未知函数为多元函数的微分方程定义为偏微分方程.
n阶(常) 微分方程的一般形式是
F ( x , y , y , , y ( n ) ) 0
§9.1 微分方程的基本概念
一、微分方程的定义 二、微分方程的解
一、微分方程的定义
定义9.1 含有自变量、未知函数以及未知函数的导 数(或微分)的函数方程, 称为微分方程. 微分方程中 出现的未知函数的最高阶导数的阶数, 称为微分方 程的阶.
例如， yxy, y2y3yex,
(t2x)d tx d x0 , z x y x
如果 y(x 将 )代入 (95 方 )后 ,使 程 方 (95程 )在 I
上为恒等式, 则称 y (x )是 函 (9 方 数 5 ) 在 I上 程
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是微分方程
d2x dt2
k2x
0
的解
,
并求满足初始条件
x
t0 A ,
dx dt
t 0 0 的特解 .
x C1 cos kt C2 sin kt 是方程的通解 .
利用初始条件易得 C1 A, C2 0 , 故所求特解为
x Acos k t
9
例2. 已知曲线上点 P(x,y) 处的法线与 x 轴交点为Q ,
11
练习与思考题
1、函数 y 3e 2 x 是微分方程 y 4 y 0的什么解?
解答：
y 6e2x , y 12e2x , y 4 y 12e2x 4 3e2x 0, y 3e2x 中不含任意常数,
故为微分方程的特解. 12
2、二阶微分方程 y 4 y 3y 0 试问下列函数
微分方程引言
《高等数学》课程的教学内容到现在我们已经学习了哪些内 容？一元函数微积分、多元函数微积分、向量代数和空间解析 几何以及无穷级数，下面我们将学习高等数学的最后一部分内 容——微分方程。
第十二章 微分方程
通过前面的学习我们知道，微积分的研究对象是函数关系， 利用微积分可以解决许多实际问题，但是，在现实生活及科学 研究中，仍有大量的实际问题往往很难直接得到所研究变量的 函数关系，却能比较容易建立起这些变量与他们的导数或微分 关系，从而得到一个关于未知函数的导数或微分的方程，这就 是微分方程。通过求解这种方程同样可以得到指定未知量的函 数关系。因此微分方程是数学联系实际，并应用于实际的重要 途径和桥梁，是各学科进行科学研究的强有力的工具
解: 设列车在制动后 t 秒行驶了s 米 , 即求 s = s (t) .
已知
d 2s dt2
0.4
s t0 0 ,
ds dt
t 0 20
由前一式两次积分,可得
s 0.2 t 2 C1 t C2 ( C1 , C2 为任意常数 )
利用后两式可得 C1 20, C2 0 , 因此所求运动规律为 s 0.2 t2 20 t
2、只有一个自变量的微分方程称为常微分方程。
3、方程中所含未知函数导数的最高阶数叫做微分 方程的阶.
x2 ( y)2 xy y 0 二 阶
y ( y)4 xy 0 三阶
5
引例1
d d
y x
2x
y x1 2
y x2 C
y x2 1
引例2
d 2s dt2
0.4
s t0 0 ,
ds dt
d2x dt2
C1k 2 cos kt
C2k 2 sin
kt
k 2 (C1 sin kt C2 cos kt ) k 2 x
这说明 x C1 cos kt C2 sin kt 是方程的解 .
显然
C1
,
C2是两个独立的任意常数
,
故它是方程的通解 8
例1. 验证函数 x C1 cos kt C2 sin kt ( C1 , C2 为常数)
1. y c1ex c2e3x 2. y ex 3. y e3x 4. y cex
是否是方程的解,是通解还是特解?
解: 分别将四个函数代入方程,均 左边=右边
则这四个函数均为方程的解.
y c1ex c2e3x 其中有两个任意常数是方程的通解.
y ex c1 1,c2 0 是方程的特解.
问题: （1）能否求出制动后多少时间列车才能停住 ？
（2）制动后行驶了多少路程 .
引例1
d y 2x dx y x1 2
引例2
d 2s dt2
0.4
s t0 0 ,
ds dt
t 0 20
几 个 基 本 概 念:
1、含未知函数及其导数或微分的方程叫做微分方程 ,
如 y xy2 , xdy ydx 0
解: 设所求曲线方程为 y = y(x) , 则有如下关系式:
d y 2x
①
dx
y x1 2
②
由 ① 得 y 2x d x x2 C (C为任意常数)
由 ② 得 C = 1 , 因此所求曲线方程为 y x2 1. 3
引例2. 列车在平直线路上以 20 m s 的速度行驶,制动时 获得加速度 a 0.4 m s2 ,求制动后列车的运动规律.
且线段PQ 被 y 轴平分, 求该曲线满足的微分方程 .
解: 如图所示, 点 P(x,y) 处的法线方程为 y
Y y 1 (X x)
P
y
令 Y = 0 , 得 Q 点的横坐标
Qo xx
X x yy
x yy x
即
yy 2x 0
10
四、小结
微分方程; 微分方程的阶; 微分方程的解; 通解; 初始条件; 特解; 初值问题; 积分曲线;
t 0 20
s 0.2t 2 C1t C2
s 0.2t 2 20t
4、若函数代入方程能使方程成为恒等式 , 则称此函数为 微分方程的解。
（1）解中所含独立的任意常数的个数与方程的阶数 相同 , 这样的解称为微分方程的通解 ; （2）不含任意常数的解称为特解。
5、用来确定 特解的条件称为初始条件; 6
1
本章我们主要介绍微分方程基本概念、几种特殊一阶微分方 程及二阶方程求解方法及简单的应用。 下面我们学习第一节内容：微分方程的基本概念。
第一节 微分方程基本概念 在这节中，我们首先给出两个引例，然后给出微分方程的 基本概念，重点是通过引例对微方程基本概念的理解。
2
第一节 微分方程的基本概念
引例1: 一平面曲线通过点(1,2) 处,且该曲线上任意点 P(x, y)处的切线斜率为 2x , 求该曲线的方程 .
y e3x c1 0,c2 1 是方程的特解.
对 n 阶方程有n个初始条件
y(x0) y0 , y(x0) y0 , , y(n1) (x0) y0(n1)
6、微分方程解的图形称为方程的积分曲线 .
通解的图形就是积分曲线族,
特解的图形就是积分曲线族中的一条确定
的曲线, 如例1中。
微分方程 d y 2x dx
通解 y x2 C
初始条件 y x1 2
特解 y x2 1
积分曲线族见黑板所示：
7
例1. 验证函数 x C1 cos kt C2 sin kt ( C1 , C2 为常数)
是微分方程
d2x dt2ຫໍສະໝຸດ k2x0的解
,
并求满足初始条件
x
t0 A ,
dx dt
t 0 0 的特解 .
dx
解: d t C1k sin k t C2k cos k t