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一阶线性微分方程及其特点

更新时间:2025-01-18 工作计划 版权反馈
【摘要】:形如的微分方程叫做一阶线性微分方程,其中P(x),Q(x)都是自变量x的已知函数.所谓“线性”指的是(1)式中的未知函数y及其导数y′都是一次式.(1)当Q(x)≡0,(1)式变为叫做一阶线性齐次微分方程.方程是可分离变量的微分方程,分离变量得积分得即(2)若Q(x)≠0,方程(1)式叫做一阶线性非齐次微分方程.因为一阶线性齐次方程是一阶线性非齐次方程的特殊情况,所以可以设想把一阶线性齐次方程的通

形如

的微分方程叫做一阶线性微分方程,其中P(x),Q(x)都是自变量x的已知函数.所谓“线性”指的是(1)式中的未知函数y及其导数y′都是一次式.

(1)当Q(x)≡0,(1)式变为

叫做一阶线性齐次微分方程.

方程是可分离变量的微分方程,分离变量得

积分得

(2)若Q(x)≠0,方程(1)式叫做一阶线性非齐次微分方程.因为一阶线性齐次方程是一阶线性非齐次方程的特殊情况,所以可以设想把一阶线性齐次方程的通解中的常数C换成函数C(x),即y=C(x)e-p(x)d x作为一阶线性非齐次方程的通解.

下面就假定y=C(x)e-p(x)d x是一阶线性非齐次方程的通解,C(x)是待定函数.

把假定解代入方程得

整理得

积分得

把C(x)代入假定解中,即得一阶非齐次线性方程的通解

该方法称为常数变易法.由于该通解作为公式不易记忆,因此不背公式,根据推理过程,即利用常数变易法来求解一阶线性非齐次微分方程.

例6 求微分方程y′+y=e-x的通解.

解 方法一 常数变易法

先求齐次方程y′+y=0的通解,分离变量得(www.xing528.com)

两端积分得

再设y=C(x)e-x为原方程的解,代入原方程得

积分得

故所求方程的通解为

因为P(x)=1,Q(x)=e-x,所以通解为

再设y=C(x)sin x为原方程的解,

代入原方程得

整理得 

故所求方程的通解为

例8 求一曲线方程,此曲线通过原点,并且它在点(x,y)处的切线斜率等于2x-y.

解 根据导数的几何意义,有

此方程为一阶线性非齐次方程,因P(x)=1,Q(x)=2x,所以通解为

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