《D12微分方程习题》PPT课件.ppt

2020 3 20 阜师院数科院 二阶微分方程的 机动目录上页下页返回结束 习题课 二 二 微分方程的应用 解法及应用 一 两类二阶微分方程的解法 第十二章 2020 3 20 阜师院数科院 一 两类二阶微分方程的解法 1 可降阶微分方程的解法 降阶法 令 令 逐次积分求解 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 2 二阶线性微分方程的解法 常系数情形 齐次 非齐次 代数法 欧拉方程 练习题 P327题2 3 6 7 4 2 8 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 解答提示 P327题2求以 为通解的微分方程 提示 由通解式可知特征方程的根为 故特征方程为 因此微分方程为 P327题3求下列微分方程的通解 提示 6 令 则方程变为 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 特征根 齐次方程通解 令非齐次方程特解为 代入方程可得 思考 若 7 中非齐次项改为 提示 原方程通解为 特解设法有何变化 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 P327题4 2 求解 提示 令 则方程变为 积分得 利用 再解 并利用 定常数 思考 若问题改为求解 则求解过程中得 问开方时正负号如何确定 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 P327题8设函数 在r 0 内满足拉普拉斯方程 二阶可导 且 试将方程化为以r为自变 量的常微分方程 并求f r 提示 利用对称性 即 欧拉方程 原方程可化为 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 解初值问题 则原方程化为 通解 利用初始条件得特解 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 特征根 例1 求微分方程 提示 故通解为 满足条件 解满足 处连续且可微的解 设特解 代入方程定A B 得 得 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 处的衔接条件可知 解满足 故所求解为 其通解 定解问题的解 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 例2 且满足方程 提示 则 问题化为解初值问题 最后求得 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 思考 设 提示 对积分换元 则有 解初值问题 答案 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 的解 例3 设函数 内具有连续二阶导 机动目录上页下页返回结束 1 试将x x y 所满足的微分方程 变换为y y x 所满足的微分方程 2 求变换后的微分方程满足初始条件 数 且 解 上式两端对x求导 得 1 由反函数的导数公式知 03考研 2020 3 20 阜师院数科院 机动目录上页下页返回结束 代入原微分方程得 2 方程 的对应齐次方程的通解为 设 的特解为 代入 得A 0 从而得 的通解 2020 3 20 阜师院数科院 题目录上页下页返回结束 由初始条件 得 故所求初值问题的解为 2020 3 20 阜师院数科院 二 微分方程的应用 1 建立数学模型 列微分方程问题 建立微分方程 共性 利用物理规律 利用几何关系 确定定解条件 个性 初始条件 边界条件 可能还要衔接条件 2 解微分方程问题 3 分析解所包含的实际意义 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 例4 解 欲向宇宙发射一颗人造卫星 为使其摆脱地球 引力 初始速度应不小于第二宇宙速度 试计算此速度 设人造地球卫星质量为m 地球质量为M 卫星 的质心到地心的距离为h 由牛顿第二定律得 G为引力系数 则有初值问题 又设卫星的初速度 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 代入原方程 得 两边积分得 利用初始条件 得 因此 注意到 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 为使 因为当h R 在地面上 时 引力 重力 即 代入 即得 这说明第二宇宙速度为 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 求质点的运动规 例5 上的力F所作的功与经过的时间t成正比 比例系数 提示 两边对s求导得 牛顿第二定律 为k 开方如何定 已知一质量为m的质点作直线运动 作用在质点 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 例6 一链条挂在一钉子上 启动时一端离钉子8m 另一端离钉子12m 如不计钉子对链条所产生的摩擦 力 求链条滑下来所需的时间 解 建立坐标系如图 设在时刻t 链条较长一段 下垂xm 又设链条线密度为常数 此时链条受力 由牛顿第二定律 得 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 由初始条件得 故定解问题的解为 解得 当x 20m时 s 微分方程通解 思考 若摩擦力为链条1m长的重量 定解问题的 数学模型是什么 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 摩擦力为链条1m长的重量时的数学模型为 不考虑摩擦力时的数学模型为 此时链条滑下来所需时间为 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 练习题 从船上向海中沉放某种探测仪器 按探测 要求 需确定仪器的下沉深度y与下沉速度v之间的函 数关系 设仪器在重力作用下从海平面由静止开始下沉 在下沉过程中还受到阻力和浮力作用 设仪器质量为m 体积为B 海水比重为 仪器所受阻力与下沉速度成正 比 比例系数为k k 0 试建立y与v所满足的微分 方程 并求出函数关系式y y v 95考研 提示 建立坐标系如图 质量m体积B 由牛顿第二定律 重力 浮力 阻力 注意 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 初始条件为 用分离变量法解上述初值问题得 质量m体积B 作业P3175 6 P3273 8 4 2 4 8 11 1 得 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 备用题 有特 而对应齐次方程有解 微分方程的通解 解 故所给二阶非齐次方程为 方程化为 1 设二阶非齐次方程 一阶线性非齐次方程 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 故 再积分得通解 复习 一阶线性微分方程通解公式 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 2 1 验证函数 满足微分方程 2 利用 1 的结果求幂级数 的和 解 1 机动目录上页下页返回结束 02考研 2020 3 20 阜师院数科院 所以 2 由 1 的结果可知所给级数的和函数满足 其特征方程 特征根 齐次方程通解为 设非齐次方程特解为 代入原方程得 故非齐次方程通解为 机动目录上页下页返回结束 2020 3 20 阜师院数科院 代入初始条件可得 故所求级数的和 机动目录上页下页返回结束