第十二讲常微分方程和差分方程课件.ppt

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1、第十二讲常微分方程和差分方程第1页，此课件共60页哦基本概念基本概念一阶方程一阶方程 类类 型型1.1.直接积分法直接积分法2.2.可分离变量可分离变量3.3.齐次方程齐次方程4.4.线性方程线性方程可降阶方程可降阶方程线性方程线性方程解的结构解的结构相关定理相关定理二阶常系数线性二阶常系数线性方程解的结构方程解的结构特征方程的根特征方程的根及其对应项及其对应项f(x)f(x)的形式及其的形式及其特解形式特解形式高阶方程高阶方程待待定定系系数数法法特征方程法特征方程法一、主要内容一、主要内容微分方程微分方程第2页，此课件共60页哦微分方程解题思路微分方程解题思路一阶方程一阶方程高阶方程高阶方程

2、分离变量法分离变量法变量代换法变量代换法常数变易法常数变易法特征方程法特征方程法待定系数法待定系数法降降降降阶阶阶阶作作变变换换第3页，此课件共60页哦基本概念基本概念一阶方程一阶方程n n阶常系数线性阶常系数线性方程方程二阶方程二阶方程一、主要内容一、主要内容差分方程差分方程特征方程的根特征方程的根及其对应项及其对应项f(x)f(x)的形式的形式及特解形式及特解形式代入法代入法特征特征 根法根法待定系数法待定系数法线性方程线性方程解的结构解的结构相关定理相关定理特征方程的根特征方程的根及其对应项及其对应项f(x)f(x)的形式的形式及特解形式及特解形式特征方程法特征方程法待定系数法待定系数法

3、第4页，此课件共60页哦差分方程解题思路差分方程解题思路一阶方程一阶方程二阶方程二阶方程代入法代入法特征根法特征根法特征方程法特征方程法待定系数法待定系数法第5页，此课件共60页哦1.1.微分基本概念微分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凡含有未知函数的导数或微分的方程叫微分方程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函数称为微分方程的解 第6页，此课件共6

4、0页哦通解通解如果如果微分方程的解中含有独立的任意常数，微分方程的解中含有独立的任意常数，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，叫初求微分方程满足初始条件的解的问题，叫初值问题值问题第7页，此课件共60页哦(1)可分离变量的微分方程可分离变量的微分方程解法解法分离变量法分离变量

5、法2.2.一阶微分方程的解法一阶微分方程的解法(2)齐次方程齐次方程解法解法作变量代换作变量代换第8页，此课件共60页哦(3)一阶线性微分方程一阶线性微分方程上述方程称为齐次的上述方程称为齐次的上述方程称为非齐次的上述方程称为非齐次的.齐次方程的通解为齐次方程的通解为（用分离变量法）（用分离变量法）非齐次微分方程的通解为非齐次微分方程的通解为（用常数变易法）（用常数变易法）第9页，此课件共60页哦3.3.可降阶的高阶微分方程的解法可降阶的高阶微分方程的解法解法解法特点特点 型型接连积分接连积分n次，得通解次，得通解 型型解法解法代入原方程代入原方程,得得第10页，此课件共60页哦特点特点 型型

6、解法解法代入原方程代入原方程,得得.线性微分方程解的结构线性微分方程解的结构（1 1）二阶齐次方程解的结构）二阶齐次方程解的结构:第11页，此课件共60页哦（2 2）二阶非齐次线性方程解的结构）二阶非齐次线性方程解的结构:第12页，此课件共60页哦第13页，此课件共60页哦.二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n阶常系数线性微分方程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齐次线性方程二阶常系数非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解的方法称为特征方程法特征方程法.

7、第14页，此课件共60页哦特征方程为特征方程为第15页，此课件共60页哦.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微分方程解法二阶常系数非齐次线性方程二阶常系数非齐次线性方程解法解法待定系数法待定系数法.第16页，此课件共60页哦第17页，此课件共60页哦差分的定义差分的定义7.差分方程基本概念第18页，此课件共60页哦第19页，此课件共60页哦差分方程与差分方程的阶差分方程与差分方程的阶定义定义1第20页，此课件共60页哦定义定义2第21页，此课件共60页哦为了反映某一事物在变化过程中的客观规律性，为了反映某一事物在变化过程中的客观规律性，往往根据事物在初始时刻所处状态，对差分方

8、往往根据事物在初始时刻所处状态，对差分方程所附加的条件程所附加的条件.通解中任意常数被初始条件确定后的解通解中任意常数被初始条件确定后的解.初始条件初始条件差分方程的特解差分方程的特解差分方程的解差分方程的解含有相互独立的任意常数的个数与差分方程的含有相互独立的任意常数的个数与差分方程的阶数相同的差分方程的解阶数相同的差分方程的解.差分方程的通解差分方程的通解第22页，此课件共60页哦n阶常系数齐次线性差分方程的标准形式阶常系数齐次线性差分方程的标准形式n阶常系数非齐次线性差分方程的标准形式阶常系数非齐次线性差分方程的标准形式8.常系数线性差分方程解的结构第23页，此课件共60页哦n阶常系数齐

9、次线性差分方程解的结构阶常系数齐次线性差分方程解的结构第24页，此课件共60页哦（是任意常数）是任意常数）第25页，此课件共60页哦第26页，此课件共60页哦9.一阶常系数齐次线性差分方程的求解第27页，此课件共60页哦第28页，此课件共60页哦第29页，此课件共60页哦特征方程特征方程特征根特征根第30页，此课件共60页哦10.一阶常系数非齐次线性差分方程的求解第31页，此课件共60页哦第32页，此课件共60页哦(1)(2)综上讨论综上讨论第33页，此课件共60页哦第34页，此课件共60页哦二、典型例题二、典型例题例例1 1解解原方程可化为原方程可化为第35页，此课件共60页哦代入原方程得代

10、入原方程得分离变量分离变量两边积分两边积分所求通解为所求通解为第36页，此课件共60页哦例例2 2解解原式可化为原式可化为原式变为原式变为对应齐次方通解为对应齐次方通解为一阶线性非齐次方程一阶线性非齐次方程伯努利方程伯努利方程第37页，此课件共60页哦代入非齐次方程得代入非齐次方程得原方程的通解为原方程的通解为利用常数变易法利用常数变易法第38页，此课件共60页哦例例3 3解解代入方程，得代入方程，得故方程的通解为故方程的通解为第39页，此课件共60页哦例例4 4解解特征方程特征方程特征根特征根对应的齐次方程的通解为对应的齐次方程的通解为设原方程的特解为设原方程的特解为第40页，此课件共60页

11、哦原方程的一个特解为原方程的一个特解为故原方程的通解为故原方程的通解为第41页，此课件共60页哦由由解得解得所以原方程满足初始条件的特解为所以原方程满足初始条件的特解为第42页，此课件共60页哦例例5 5解解特征方程特征方程特征根特征根对应的齐方的通解为对应的齐方的通解为设原方程的特解为设原方程的特解为第43页，此课件共60页哦由由解得解得第44页，此课件共60页哦故原方程的通解为故原方程的通解为由由即即第45页，此课件共60页哦例例6 6解解（）由题设可得：（）由题设可得：解此方程组，得解此方程组，得第46页，此课件共60页哦例例1.求下列方程的通解提示提示:(1)故为分离变量方程:通解(2

12、)这是一个齐次方程，令 y=u x,化为分离变量方程:第47页，此课件共60页哦方程两边同除以 x 即为齐次方程,令 y=u x,化为分离变量方程.调换自变量与因变量的地位,用线性方程通解公式求解.化为第48页，此课件共60页哦例例2.求下列方程的通解:提示提示:(1)令 u=x y,得(2)将方程改写为(贝努里方程)(分离变量方程)原方程化为第49页，此课件共60页哦令 y=u t(齐次方程)令 t=x 1,则可分离变量方程求解化方程为第50页，此课件共60页哦例例3.设F(x)f(x)g(x),其中函数 f(x),g(x)在(,+)内满足以下条件:(1)求F(x)所满足的一阶微分方程;(2

13、003考研)(2)求出F(x)的表达式.解解:(1)所以F(x)满足的一阶线性非齐次微分方程:第51页，此课件共60页哦(2)由一阶线性微分方程解的公式得于是 第52页，此课件共60页哦原方程化为,即则故原方程通解提示提示:令第53页，此课件共60页哦例例2.且满足方程提示提示:则问题化为解初值问题:最后求得第54页，此课件共60页哦思考思考:设提示提示:对积分换元,则有解初值问题:答案:第55页，此课件共60页哦的解.例例3.设函数内具有连续二阶导(1)试将 xx(y)所满足的微分方程 变换为 yy(x)所满足的微分方程;(2)求变换后的微分方程满足初始条件 数,且解解:上式两端对 x 求导,得:(1)由反函数的导数公式知(2003考研考研)第56页，此课件共60页哦代入原微分方程得 (2)方程的对应齐次方程的通解为 设的特解为 代入得 A0,从而得的通解:第57页，此课件共60页哦由初始条件 得故所求初值问题的解为 第58页，此课件共60页哦备用题备用题 有特而对应齐次方程有解微分方程的通解.解解:故所给二阶非齐次方程为方程化为1.设二阶非齐次方程一阶线性非齐次方程第59页，此课件共60页哦故再积分得通解复习复习:一阶线性微分方程 通解公式:第60页，此课件共60页哦