恰当方程与积分因子

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.3,恰当方程与积分因子,2.3.1 恰当微分方程,如果我们恰好碰见了方程,就可以马上写出它的隐式解,定义1,则称微分方程,是,恰当方程,.,如,是恰当方程.,1 恰当方程的定义,需考虑的问题,(1)方程(1)是否为恰当方程?,(2)若(1)是恰当方程,怎样求解?,(3)若(1)不是恰当方程,有无可能转化为恰当方程求解?,2 方程为恰当方程的充要条件,定理1,为,恰当方程的充要条件,是,证明,“必要性”,设(1)是恰当方程,故有,从而,故,“充分性”,即应满足,因此,事实上,故,(8),注:若(1)为恰当方程,则其通解为,二、恰当方程的求解,1 不定积分法,例1,验证方程,是恰当方程,并求它的通解,.,解:,故所给方程是恰当方程.,即,积分后得,:,故,从而方程的通解为,2 分组凑微法,采用,“,分项组合,”,的方法,把本身已构成全微分的项分出来,再把余的项凑成全微分.,-应熟记一些简单二元函数的全微分.,如,解:,故通解为,:,例2,求解方程,例3,求方程,的通解,.,解:,故所给方程是恰当方程.,把方程重新“分项组合”得,即,或写成,故通解为,:,例4,验证方程,是恰当方程,并求它满足初始条件y(0)=2的解,.,解:,故所给方程是恰当方程.,把方程重新“,分项组合,”得,即,或写成,故通解为:,故所求的初值问题的解为:,3 线积分法,定理1充分性的证明也可用如下方法:,由数学分析曲线积分与路径无关的定理知:,从而(1)的通解为,例5,求解方程,解:,故所给方程是恰当方程.,故通解为:,2.3.2 积分因子,非恰当方程如何求解?,对变量分离方程:,不是恰当方程.,是恰当方程,.,对一阶线性方程:,不是恰当方程.,则,是恰当方程,.,可见,对一些非恰当方程,乘上一个因子后,可变为恰当方程.,1 定义,例5,解:,对方程有,由于,把以上方程重新“分项组合”得,即,也即,故所给方程的通解为:,2 积分因子的确定,即,尽管如此,方程,还是提供了寻找特殊形式积分因子的途径.,变成,即,此时求得积分因子,3 定理,微分方程,例6,求微分方程,的通解,.,解:,由于,故它不是恰当方程,又由于,利用恰当方程求解法得通解为,积分因子是求解积分方程的一个极为重要的方法,绝大多数方程求解都可以通过寻找到一个合适的积分因子来解决,但求微分方程的积分因子十分困难,需要灵活运用各种微分法的技巧和经验.下面通过例子说明一些简单积分因子的求法.,例7,求解方程,解:,方程改写为:,或:,易看出,此方程有积分因子,即,故方程的通解为:,例8,求解方程,解:,故方程不是恰当方程,方法1:,即,故方程的通解为:,方法2:,方程改写为:,容易看出方程左侧有积分因子:,故方程的通解为:,方法3:,方程改写为:,这是齐次方程,即,故通解为,:,变量还原得原方程的通解为:,方法4:,方程改写为:,故方程的通解为:,即方程的通解为,:,作业,P60 1(1)(3),2(2)(4)(10),P61 3,5,7,11,