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可降阶的高阶微分方程

时间:2024-08-23 百科知识 版权反馈
【摘要】:二阶及二阶以上微分方程称为高阶微分方程.一般情况下,求解高阶方程更加困难,其基本思路之一是设法降低方程的阶,从而降低问题的难度.3.设有一质量为m的物体,在空中由静止开始下落,如果空气阻力为R=c2v2,求物体下落的距离s与时间t的函数关系.

二阶及二阶以上微分方程称为高阶微分方程.一般情况下,求解高阶方程更加困难,其基本思路之一是设法降低方程的阶,从而降低问题的难度.

方程

的右边仅是变量x的函数.对方程两边逐次积分n次(即降阶n次)可得到通解.

例1 求微分方程y#=x+1的通解.

解 方程两边积分一次,得

两边再积分,得

第三次积分,得通解

方程

的右边不显含未知函数y.如果令y′=p,则y″=p′,从而方程化为

p′=f(x,p).

这是关于x,p的一阶微分方程,设其通解为

p=φ(x,C1),

积分便得方程(2)的通解

例2 求微分方程y″=y′的通解.

解 令y′=p,则y″=p′,代入方程得

p′=p,

分离变量,得

因而

即y′=C1ex,积分得原方程的通解

例3 求微分方程(1+x2)y″=2xy′满足初始条件y(0)=1,y′(0)=3的特解.

解 所给方程不显含未知函数y,令y′=p,则y″=p′,从而方程化为

分离变量,得

两边积分,得

p=y′=C1(1+x2).

由条件y′(0)=3得C1=3,所以

y′=3(1+x2).

两边积分,得

y=x3+3x+C2

又由条件y(0)=1,得C2=1,于是所求方程的特解为

y=x3+3x+1.

方程

的右边不显含x.如果令y′=p,则

从而方程(3)可化为

这是关于y,p的一阶微分方程,设其通解为

分离变量并积分,得方程(3)的通解

例4 求微分方程2yy″-y′2-1=0的通解.

分离变量,得

两边积分,得

再由y′=p,得

分离变量并两边积分,便得原方程的通解

1.求下列微分方程的通解:

(2)

2.求下列微分方程满足所给初始条件的特解:

3.设有一质量为m的物体,在空中由静止开始下落,如果空气阻力为R=c2v2(其中c为常数,v为物体运动的速度),求物体下落的距离s与时间t的函数关系.

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