当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第五章 常微分方程 > 第一节 微分方程的基本概念 > 微分方程的基本概念
好 前面通过三个具体的例子
我们大概了解了什么叫微分方程
什么叫微分方程的解
现在我们就把微分方程的概念
和微分方程解的概念
给出一个严格的数学定义
我们第一个定义
含有未知函数及其各阶导数的等式
我们称为微分方程
当我们的未知函数的是一元函数时
那么我们得到的微分方程
就成为常微分方程
如果我们的未知函数是多元函数
比如说是二元函数
这时候我们得到的微分方程
就称为是偏微分方程
当然在微积分课程里面
我们只讨论
未知函数是一元函数的情况
也就是只讨论常微分方程的有关问题
如果在这个微分方程里面
未知函数及其各阶导数
都是以1次方形式出现的
这样的常微分方程
我们就叫做线性常微分方程
否则当然就是非线性微分方程
在微积分课程里面
对于高阶微分方程
我们主要讨论的是线性微分方程
这是我们要给出的第一个概念
就是什么叫微分方程
什么叫常微分方程
线性微分方程
和非线性微分方程指的是什么
接下来我们给出微分方程阶的概念
第二个定义
微分方程中含有的
未知函数的最高阶导数的阶数
称为微分方程的阶
一般的n阶微分方程
他的表示我们可以这样来表示
说f(x是自变量 y是未知函数的函数值)
那一般的n阶微分方程
我们就可以用这个等式来表示
也就是说在这个等式里面
既有未知函数
又有他的各阶导数
如果我们说他是n阶的微分方程
在这里面n阶导数一定出现的
当然他的n-1阶导数
或者其他阶低阶导数可以不出现
但要是谈n阶的时候
这个最高阶导数必须出现
这是n阶微分方程的一般形式
如果说是个n阶线性微分方程
我们一般指的是这样子的
an(x) y的n阶导
再加上an-1 y的n-1阶导
一直加到a1x y的一阶导
再加上a0x y0
比如说这面是一个
与y无关的函数
这个y表示的是未知函数的函数值
函数值 这是y(x) 就是这个
然后所谓线性指的就是
各阶导数与这个未知函数
在方程里边都是以一次方的形式出现的
他们的系数可以与自变量x有关
但是不能与未知函数有关
我想这是微分方程的阶
我们接下来
来看第三个概念
什么是微分方程的解
我们写成定义
如果函数fx在区间I上有定义
而且存在n阶导数
当函数fx满足方程F(x f(x) f'...fn)
使得这个表达式等于0
在区间I上都成立
我们就说fx这个函数
是这一个n阶微分方程
在这个区间I上的一个解
n阶微分方程
含有n个相互独立任意常数的解
称为他的通解
微分方程不含有任意常数的解
称为他的特解
由通解确定特解的条件
称为定解条件
对于一阶微分方程来说
我们只需要确定一个任意常数
所以说我们只要加一个定解条件就够了
而二阶微分方程来说
我们需要确定两个任意常数
自然就应该加两个定解条件
一般的 对于n阶微分方程来说
要想确定它通解中的常数
需要加n个定解条件
我们的定解条件
一般的
都是以初始条件的形式出现的
所谓初始条件 比如说
对于一阶微分方程来说
我们就是这样写
说y一撇等于fxy
这就是一个一阶微分方程的一般形式
那我们加的初始条件就是说
他在x0这点的函数值
我们是知道的 是y0
这就是一阶微分方程的定解条件
也是初始条件
而这两个合在一起
我们习惯上称为是
一阶微分方程的定解问题
类似的 说我一个二阶微分方程
说y两撇等于f(xyy’)
这时候我要加的时候
我会加他在x0这点的函数值是知道的
另外一个条件
我们一般加
他在x0这点的一阶导数值
我们也是知道的
这就是二阶微分方程的
初始条件 就是在一点
给出他的函数值和一阶导数值
这自然也是一个
二阶微分方程的定解问题
那么对一般的n阶微分方程来说
f(x y y'...yn) 这是一个n阶微分方程的一般形式
我们加初始条件
应该就是加
他在这样一点的函数值
以及他在同一点的一阶导数值
一直加到他在这点的n阶导数值
这些我们认为是都知道的
这就是n阶微分方程的初值问题
加的是初始条件
我想这是关于微分方程的一些基本概念
回过头来说 就是
什么叫微分方程
什么叫微分方程的解
什么叫他的阶
什么叫通解
什么叫特解
定解条件指的是什么
初始条件指的是什么
而微分方程的定解问题指的又是什么
在微分方程课程里面
我们还会经常见到一个名词
说 微分方程的积分曲线
积分曲线仅仅是一个称呼
也就是说微分方程的解
表示的那条曲线
我们就习惯上把它称为是
微分方程的积分曲线
我们验证一下
这个简单函数y=c1coskx+c2sinkx
是这个方程y‘’+k^2y=0的通解
实际上我们要做这个问题
关于通解的通字
因为这里已经有两个任意常数c1c2
而这是一个二阶微分方程
所以 如果他是解的时候
他自然就是通解
所以我们要做这个问题
实际上也就是
只要验证他是解就行了
为了验证他是解
我们自然就要求一阶导
一阶导也就是-c1ksinkx+c2kcoskx
一阶导 再求二阶导
二阶导也就是y‘’应该等于
负的这面就是c1k方coskx
再减掉c2k^2sinkx
最后这个地方我们把-k^2提出来
-k^2提出来以后
这就是一个c1coskx+c2sinkx
而我们知道这个括号
正好是我们这个y
所以我们就知道
这个函数的二阶导数
就等于这个函数的-k^2倍
当然也就意味着
这个函数是满足这个方程的
所以说一个函数是不是满足一个方程
自然就通过导数运算
然后根据解的定义
去验证一下就行了
这是关于常微分方程的一些基本概念
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
-第二节 多元函数的偏导数
--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题