7.1 微分方程的基本概念.pptx

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第七章微分方程—积分问题—微分方程问题推广 微分方程是精确表示自然科学中各种基本定律和各种问题的基本工具之一。现代建立起来的自然科学和社会科学中的数学模型大多都是微分方程。 在许多物理、力学、生物等现象中，不能直接找到联系所研究的那些量的规律，但却容易建立起这些量与它们的导数或微分间的关系。含有未知函数的导数（或微分）的关系式。 第一节微分方程的基本概念常微分方程方程的阶数线性方程、非线性方程方程的解、通解、特解、所有解初始条件（定解条件）积分曲线（解的几何意义）初值问题、初值问题的解齐次方程、非齐次方程 在力学、物理学及工程技术等领域中为了对客观事物运动的规律性进行研究，往往需要寻求变量间的函数关系，但根据问题的性质，常常只能得到待求函数的导数或微分的关系式，这种关系式在数学上称之为微分方程。微分方程又分为常微分方程和偏微分方程，本章讨论的是前者。 常微分方程是现代数学的一个重要分支，内容十分丰富，作为一种有效的工具在电子科学、自动控制、人口理论、生物数学、工程技术以及其它自然科学和社会科学领域中有着十分广泛的应用由于学时有限，高等数学中的常微分方程仅包含几种特殊类型的一阶微分方程的求解，可通过降阶求解的高阶微分方程，二阶常系数齐次和非齐次线性微分方程及其解的结构和特殊情况下的求解方法。本章先从解决这类实际问题入手，引出微分方程的一些基本概念，然后着重讨论一些特殊类型的微分方程的求解方法。 重点四种标准类型的一阶方程的求解可降阶的高阶方程的求解二阶常系数齐次和非齐次线性方程的求解难点求常系数非齐次线性方程的通解 基本要求①明确微分方程的几个基本概念②牢固掌握分离变量法，能熟练地求解可分离变量的微分方程③牢固掌握一阶线性微分方程的求解公式，会将Bernoulli方程化为一阶线性方程来求解④会用降阶法求解几种特殊类型的高阶方程⑤掌握二阶线性微分方程解的结构并能熟练地应用特征根法、待定系数法求解二阶常系数线性方程 引例：解 解 代入条件后知故开始制动到列车完全停住共需 常微分方程含有未知函数的导数（或微分）的方程，称为微分方程。未知函数可以不出现，但其导数一定要出现。未知函数为一元函数的微分方程，称为常微分方程。未知函数为多元函数的微分方程，称为偏微分方程。 常微分方程偏微分方程 常微分方程的阶数微分方程中所出现的未知函数的导数（或微分）的最高次数，称为微分方程的阶数。一阶二阶一阶 线性方程、非线性方程若一个方程对未知函数及其导数的全体而言是一次的，且系数只与自变量有关（与未知函数及其导数无关），则称该方程为线性方程，否则，称之为非线性方程。一阶二阶一阶线性线性非线性 齐方程、非齐方程在方程中，不含未知函数及其导数的项，称为自由项。自由项为零的方程，称为齐方程。自由项不为零的方程，称为非齐方程。一阶齐线性方程二阶非齐线性方程一阶非齐非线性方程 微分方程的一般表示形式 方程的解、通解、特解、所有解能使微分方程成为恒等式的函数，称为方程的解。如果n阶微分方程的解中含有n个相互独立的任意常数，则称此解为n阶微分方程的通解。一般说来，不含有任意常数的解，称为方程的特解。通常由一定的条件出发，确定方程通解中的任意常数来得到特解。但有些特解不能由通解求出，必须利用其它方法直接由方程解出。所有解＝通解＋不能包含在通解内的所有特解。 积分曲线（解的几何意义）常微分方程解的几何图形称为它的积分曲线。通解的图形是一族积分曲线。特解是这族积分曲线中过某已知点的那条曲线。 初始条件（定解条件）由自然科学、社会科学以及数学本身建立微分方程时，往往同时知道微分方程的解应满足某些已知的条件。这些已知条件就称为微分方程的初始条件或定解条件。常微分方程初始条件称为初值问题 解 所求特解为补充:微分方程的初等解法:初等积分法.求解微分方程求积分(通解可用初等函数或积分表示出来) 求所满足的微分方程.例4.已知曲线上点P(x,y)处的法线与x轴交点为Q解:如图所示,令Y=0,得Q点的横坐标即点P(x,y)处的法线方程为且线段PQ被y轴平分, 思考题思考题解答中不含任意常数,故为微分方程的特解.