常微分方程总复习.pptx

内容总结内容总结l绪论绪论l一阶常微分方程的初等解法一阶常微分方程的初等解法l一阶常微分方程初值问题解的基本理论一阶常微分方程初值问题解的基本理论l高阶线性方程高阶线性方程l一阶线性微分方程组一阶线性微分方程组l非线性微分方程（稳定性）非线性微分方程（稳定性）第1页/共61页绪论绪论内容总结内容总结微分方程、常微分方程、初值问题微分方程、常微分方程、初值问题（Cauchy问题）、方程的解、通解、特解、积问题）、方程的解、通解、特解、积分曲线、线素、线素场、微分方程和解的几分曲线、线素、线素场、微分方程和解的几何意义，几个常见的微分方程模型。何意义，几个常见的微分方程模型。第2页/共61页基本要求基本要求1、熟练掌握微分方程的所有基本概念；、熟练掌握微分方程的所有基本概念；2、会针对一些简单的背景建立微分方程模型、会针对一些简单的背景建立微分方程模型并求解。并求解。第3页/共61页一阶常微分方程的初等解法一阶常微分方程的初等解法内容总结内容总结变量可分离方程、齐次方程、齐次的扩变量可分离方程、齐次方程、齐次的扩展类型、一阶线性方程、展类型、一阶线性方程、Bernoulli方程、恰方程、恰当方程、积分因子、一阶隐方程（四种可解当方程、积分因子、一阶隐方程（四种可解类型）、变量代换。类型）、变量代换。基本要求基本要求1、熟练掌握所有基本可解类型（必考）；、熟练掌握所有基本可解类型（必考）；2、会使用一阶线性方程的通解公式证明有关、会使用一阶线性方程的通解公式证明有关结论；结论；3、会解简单的积分方程、会解简单的积分方程.第4页/共61页一阶常微分方程初值问题解的基本理论一阶常微分方程初值问题解的基本理论内容总结内容总结一阶初值问题的存在及唯一性定理、解一阶初值问题的存在及唯一性定理、解的延拓定理、解对初值连续依赖性定理（连的延拓定理、解对初值连续依赖性定理（连续性定理）、解对初值的可微性定理续性定理）、解对初值的可微性定理.基本要求基本要求1、熟练掌握存在定理（会完整阐述），掌握、熟练掌握存在定理（会完整阐述），掌握Picard逐次逼近法的基本过程（五个命题）。逐次逼近法的基本过程（五个命题）。第5页/共61页2、掌握解的延拓定理（会完整叙述，弄、掌握解的延拓定理（会完整叙述，弄清不同的区域形态下延拓的最终情况）；清不同的区域形态下延拓的最终情况）；3、会阐述解对初值的连续依赖性定理和、会阐述解对初值的连续依赖性定理和连续性定理；连续性定理；4、会阐述解对初值的可微性定理，会写、会阐述解对初值的可微性定理，会写出解对初值的偏导数公式出解对初值的偏导数公式.第6页/共61页高阶线性微分方程高阶线性微分方程内容总结内容总结ln阶线性微分方程的形态、齐次方程、非齐阶线性微分方程的形态、齐次方程、非齐次方程次方程l齐次方程解的叠加性、函数的线性相关性、齐次方程解的叠加性、函数的线性相关性、Wronsky行列式（行列式（W行列式判定函数相关性）、行列式判定函数相关性）、齐线性方程的基本解组和通解结构齐线性方程的基本解组和通解结构.l非齐次线性方程解的叠加原理、非齐方程通非齐次线性方程解的叠加原理、非齐方程通解结构解、常数变易法解结构解、常数变易法l复值函数定义、分析性质、运算法则；复指复值函数定义、分析性质、运算法则；复指函数的定义性质、函数的定义性质、Euler公式公式第7页/共61页l常系数线性方程的基本解组求法（特别重要）常系数线性方程的基本解组求法（特别重要）lEuler方程方程l常系数非齐次线性方程的求解、两种特殊的常系数非齐次线性方程的求解、两种特殊的非齐次项、待定系数法和复值函数法非齐次项、待定系数法和复值函数法l几种特殊的高阶方程的降阶、二阶线性方程几种特殊的高阶方程的降阶、二阶线性方程的降阶（重点）的降阶（重点）l二阶线性方程的幂级数解法（了解）二阶线性方程的幂级数解法（了解）第8页/共61页基本要求基本要求l熟练掌握齐线性方程和非齐线性方程的通解熟练掌握齐线性方程和非齐线性方程的通解结构结构l熟练掌握常系数齐线性方程的求解（包括熟练掌握常系数齐线性方程的求解（包括Euler方程）方程）l熟练掌握具有特殊类型非齐次项的非齐次线熟练掌握具有特殊类型非齐次项的非齐次线性方程的求解（待定系数法、复值函数法）性方程的求解（待定系数法、复值函数法）l熟练掌握二阶线性方程的降价公式（得到一熟练掌握二阶线性方程的降价公式（得到一个非零解的前提下求出另一个线性无关的解）个非零解的前提下求出另一个线性无关的解）l幂级数解法（了解即可）幂级数解法（了解即可）第9页/共61页一阶线性微分方程组一阶线性微分方程组内容总结内容总结l一阶线性微分方程组的形态，矩阵表示，高阶一阶线性微分方程组的形态，矩阵表示，高阶线性方程转化为等价的线性方程组线性方程转化为等价的线性方程组l 齐线性方程组的通解结构，基解矩阵，通解表齐线性方程组的通解结构，基解矩阵，通解表示，基解矩阵的有关性质示，基解矩阵的有关性质l非齐线性方程组的通解结构，常数变异公式，非齐线性方程组的通解结构，常数变异公式，通解公式，特解公式通解公式，特解公式l矩阵指数，矩阵指数的性质矩阵指数，矩阵指数的性质l常系数齐线性方程组的基解矩阵计算（重点）常系数齐线性方程组的基解矩阵计算（重点）第10页/共61页l常系数非齐次线性方程组的求解常系数非齐次线性方程组的求解基本要求基本要求n熟练掌握齐线性方程和非齐线性方程的通解熟练掌握齐线性方程和非齐线性方程的通解结构结构n熟练掌握常系数齐线性方程基解矩阵的求解熟练掌握常系数齐线性方程基解矩阵的求解（重点）（重点）n熟练掌握较简单的常系数非齐次线性方程的熟练掌握较简单的常系数非齐次线性方程的求解求解第11页/共61页试卷结构试卷结构u填空题填空题20分分1、基本概念；、基本概念；2、基本结论、基本结论u计算题计算题5060分分各种类型的微分方程的求解（各种类型的微分方程的求解（79题）题）u应用题应用题10分左右分左右常微分方程建模并求解常微分方程建模并求解u证明题证明题10分左右分左右第12页/共61页微分方程复习微分方程复习第13页/共61页1、基本概念微分方程微分方程凡含有未知函数的导数或微分的方程叫微分方程微分方程的阶微分方程的阶微分方程中出现的未知函数的最高阶导数的阶数称为微分方程的阶微分方程的解微分方程的解代入微分方程能使方程成为恒等式的函数称为微分方程的解 第14页/共61页1、基本概念线性微分方程：线性微分方程：当微分方程中所含的未知函数及其各阶导数全是一次幂时，微分方程就称为线性微分方程在线性微分方程中，若未知函数及其各阶导数的系数全是常数，则称这样的微分方程为常系数线常系数线性微分方程性微分方程第15页/共61页通解通解如果如果微分方程的解中含有任意常数，并且任意常数的个数与微分方程的阶数相同，这样的解叫做微分方程的通解特解特解确定了通解中的任意常数以后得到的解，叫做微分方程的特解初始条件初始条件用来确定任意常数的条件.初值问题初值问题求微分方程满足初始条件的解的问题，叫初值问题1、基本概念第16页/共61页(1)(1)可分离变量的微分方程可分离变量的微分方程2、一阶微分方程的解法第17页/共61页第18页/共61页第19页/共61页2、一阶微分方程的解法(2)(2)齐次方程齐次方程解法解法作变量代换第20页/共61页齐次方程（其中h和k是待定的常数）否则为非齐次方程(3)(3)可化为齐次的方程可化为齐次的方程解法解法化为齐次方程2、一阶微分方程的解法第21页/共61页(4)(4)一阶线性微分方程一阶线性微分方程方程称为齐次的方程称为非齐次的.齐次方程的通解为1、2、一阶微分方程的解法2、非齐次微分方程的通解为第22页/共61页第23页/共61页(5)(5)伯努利伯努利(Bernoulli)(Bernoulli)方程方程方程为线性微分方程.方程为非线性微分方程.2、一阶微分方程的解法解法解法 经过变量代换化为线性微分方程第24页/共61页例例3 3第25页/共61页3、可降阶的高阶微分方程的解法解法解法 型型接连积分n次，得通解第26页/共61页3、可降阶的高阶微分方程的解法特点特点 型型解法解法代入原方程,得第27页/共61页3、可降阶的高阶微分方程的解法第28页/共61页3、可降阶的高阶微分方程的解法第29页/共61页特点特点 型型解法解法3、可降阶的高阶微分方程的解法第30页/共61页例例6 6解解代入方程，得故方程的通解为3、可降阶的高阶微分方程的解法第31页/共61页（1）二阶齐次方程解的结构:4.4.线性微分方程解的结构线性微分方程解的结构第32页/共61页（2）二阶非齐次线性方程的解的结构第33页/共61页例例7 7解解（）由题设可得：解此方程组，得第34页/共61页（）原方程为由解的结构定理得方程的通解为第35页/共61页、二阶常系数齐次线性方程解法n阶常系数线性微分方程二阶常系数齐次线性方程二阶常系数非齐次线性方程解法解法由常系数齐次线性方程的特征方程的根确定其通解的方法称为特征方程法.第36页/共61页特征方程为、二阶常系数齐次线性方程解法第37页/共61页特征方程为特征方程的根通解中的对应项推广：推广：阶常系数齐次线性方程解法阶常系数齐次线性方程解法、二阶常系数齐次线性方程解法第38页/共61页、二阶常系数非齐次线性微分方程解法二阶常系数非齐次线性方程解法解法待定系数法.第39页/共61页、二阶常系数非齐次线性微分方程解法第40页/共61页二、典型例题例例1 1解解原方程可化为第41页/共61页代入原方程得分离变量两边积分所求通解为二、典型例题第42页/共61页例例2 2解解特征方程特征根对应的齐次方程的通解为设原方程的特解为二、典型例题第43页/共61页原方程的一个特解为故原方程的通解为二、典型例题第44页/共61页由解得所以原方程满足初始条件的特解为二、典型例题第45页/共61页例例3 3解解特征方程特征根对应的齐方的通解为设原方程的特解为二、典型例题第46页/共61页由解得二、典型例题第47页/共61页故原方程的通解为由即二、典型例题第48页/共61页解解例例4 4则由牛顿第二定律得二、典型例题第49页/共61页解此方程得代入上式得二、典型例题第50页/共61页测 验 题第51页/共61页测 验 题第52页/共61页测 验 题第53页/共61页测 验 题第54页/共61页测 验 题第55页/共61页测 验 题第56页/共61页测 验 题第57页/共61页测 验 题第58页/共61页测验题答案第59页/共61页测验题答案第60页/共61页谢谢您的观看！第61页/共61页