恰当方程与积分因子.ppt

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1、§2.5恰当方程与积分因子一、恰当方程的定义及条件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

2、方程.即积分后得:故从而方程的通解为在判断微分方程是全微分方程以后，也可以采用所谓“分项组合”的方法来求解。先把那些本身构成全微分的项分出，再把剩下的项凑成全微分。这样需要熟记一些简单二元函数的全微分，如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.如例2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3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.方程重新“分项组合”得即或写成故通解为:故

3、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4求解方程解:故所给方程是恰当方程.故通解为:解故为恰当（全微分）方程。例根据公式，（选取通解为练习1解方程可写为显见，此为恰当方程，积分之，得通解解故为恰当方程，根据（2.3.4）式得通解为即三、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,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

4、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

5、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:其通解为:即方程的通解为:进一步分析定理如果方程(1)有积分因子和相应的则也是方程(1)的一个积分因子,是任意一个可微的非零函数.其中即原函数假设方程(1)左端可以分成两组由上一定理除上述特殊情形之外，还可以通过观察法进行“分项组合”而求得积分因子。例求解微分方程所以不是全微分方程。但可以把原方程改写成解因为可以看出方程具有积分因子因为在其两端之后，有即从而得到方程的通解是或写成

6、同乘以