常微分方程通解公式(非齐次常微分方程通解公式)

常微分方程(x-2xy-y^2)dy+y^2dx=0通解是什么

解:∵(x-2xy-y^2)dy+y^2dx=0==>x(1-2y)dy+y^2dx=y^2dy==>x(1-2y)e^(-1/y)dy/y^4+e^(-1/y)dx/y^2=e^(-1/y)dy/y^2(等式两端同乘e^(-1/y)/y^4)==>xd(e^(-1/y)/y^2)+e^(-1/y)dx/y^2=d(e^(-1/y))==>d(xe^(-1/y)/y^2)=d(e^(-1/y))==>xe^(-1/y)/y^2=e^(-1/y)+C(C是任意常数)==>x=(1+Ce^(1/y))y^2∴原方程的通解是x=(1+Ce^(1/y))y^2。

请问常微分方程方面哪些方程是可以求得通解的呢?哪些是不能的呢?

在常微分方程方面,一阶方程中可求得通解的,除了线性方程、可分离变量方程和用特殊方法变成这两种方程的方程之外,为数是很小的

微分方程的通解求法

二阶常系数齐次线性微分方程解法:

特征根法是解常系数齐次线性微分方程的一种通用方法。

设特征方程r*r+p*r+q=0两根为r1,r2。

1 若实根r1不等于r2

y=c1*e^(r1x)+c2*e^(r2x).

2 若实根r1=r2

y=(c1+c2x)*e^(r1x)

3 若有一对共轭复根(略)解微分方程y'-3xy=2x

解:这是一个典型的一阶线性微分方程。其基本解法(程式化解法)如下:

先求一阶线性齐次方程y'-3xy=0的通解:

dy/dx=3xy;分离变量得dy/y=3xdx;积分之,得lny=(3/2)x²+lnc₁;即得y=c₁e^[(3/2)x²;

将c₁换成x的函数u,即y=ue^[(3/2)x²].............(1)

将(1)的两边对x取导数得:dy/dx=y'=(du/dx)e^[(3/2)x²]+3xue^[(3/2)x²]........(2)

将(1)和(2)代入原方程得:

(du/dx)e^[(3/2)x²]+3xue^[(3/2)x²]-3xue^[(3/2)x²]=2x

故得(du/dx)e^[(3/2)x²]=2x;分离变量得du=2xe^[-(3/2)x²]dx;

积分之得u=∫2xe^[-(3/2)x²]dx=(-2/3)∫de^[-(3/2)x²]=-(2/3)e^[-(3/2)x²]+c

代入(1)式即得通解y={-(2/3)e^[-(3/2)x²]+c}e^[(3/2)x²]=-2/3+ce^[(3/2)x²]

【此解法谓之“参数变异法”或“常数变异法”】关于一阶微分方程:

齐次方程使用分离变量法,把x,y挪到各自一边,各自求积分

变量代换法(令u=y/x)

非齐次方程,使用公式法,y=e^(-∫p(x)dx)(c+e^(-∫p(x)q(x)dx)

还有一些特殊的,比如伯努利方程

二阶齐次方程,代换法

令y'=p,则y''=pdp/dy

层层积分法,

二阶非齐次,使用公式法

形如y''+qy'+py=Q(x)

先求齐次方程通解,

先求特征根:r^2+qr+p=0

则齐次方程通解为:

c1e^(r1x)+c2e^(r2x) 有两不等实根

(c1+c2x)1e^(r1x)有两等实根

e^(r1x)(c1cosr2x+c2sinr2x)有虚根r1+ir2

如果特征根与Q(x)指数有一个相等,则可设特解为xQ(x)

如果特征根与Q(x)指数有2个相等,则可设特解为x^2Q(x)

如果特征根与Q(x)指数有没个相等,则可设特解为Q(x)

通解=特解+齐次方程解

微分方程的通解求法

二阶常系数齐次线性微分方程解法:

特征根法是解常系数齐次线性微分方程的一种通用方法。

设特征方程r*r+p*r+q=0两根为r1,r2。

1 若实根r1不等于r2

y=c1*e^(r1x)+c2*e^(r2x).

2 若实根r1=r2

y=(c1+c2x)*e^(r1x)

3 若有一对共轭复根(略)解微分方程y'-3xy=2x

解:这是一个典型的一阶线性微分方程。其基本解法(程式化解法)如下:

先求一阶线性齐次方程y'-3xy=0的通解:

dy/dx=3xy;分离变量得dy/y=3xdx;积分之,得lny=(3/2)x²+lnc₁;即得y=c₁e^[(3/2)x²;

将c₁换成x的函数u,即y=ue^[(3/2)x²].............(1)

将(1)的两边对x取导数得:dy/dx=y'=(du/dx)e^[(3/2)x²]+3xue^[(3/2)x²]........(2)

将(1)和(2)代入原方程得:

(du/dx)e^[(3/2)x²]+3xue^[(3/2)x²]-3xue^[(3/2)x²]=2x

故得(du/dx)e^[(3/2)x²]=2x;分离变量得du=2xe^[-(3/2)x²]dx;

积分之得u=∫2xe^[-(3/2)x²]dx=(-2/3)∫de^[-(3/2)x²]=-(2/3)e^[-(3/2)x²]+c

代入(1)式即得通解y={-(2/3)e^[-(3/2)x²]+c}e^[(3/2)x²]=-2/3+ce^[(3/2)x²]

【此解法谓之“参数变异法”或“常数变异法”】关于一阶微分方程:

齐次方程使用分离变量法,把x,y挪到各自一边,各自求积分

变量代换法(令u=y/x)

非齐次方程,使用公式法,y=e^(-∫p(x)dx)(c+e^(-∫p(x)q(x)dx)

还有一些特殊的,比如伯努利方程

二阶齐次方程,代换法

令y'=p,则y''=pdp/dy

层层积分法,

二阶非齐次,使用公式法

形如y''+qy'+py=Q(x)

先求齐次方程通解,

先求特征根:r^2+qr+p=0

则齐次方程通解为:

c1e^(r1x)+c2e^(r2x) 有两不等实根

(c1+c2x)1e^(r1x)有两等实根

e^(r1x)(c1cosr2x+c2sinr2x)有虚根r1+ir2

如果特征根与Q(x)指数有一个相等,则可设特解为xQ(x)

如果特征根与Q(x)指数有2个相等,则可设特解为x^2Q(x)

如果特征根与Q(x)指数有没个相等,则可设特解为Q(x)

通解=特解+齐次方程解

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