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可降阶方程(之一)

下一节:可降阶方程(之二)

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可降阶方程(之一)课程教案、知识点、字幕

前面我介绍的主要是一阶微分方程

接下来我们看几个特殊的高阶微分方程

也就是我们要对高阶方程

想办法把他的阶降低

所以我们给他起名字叫

可降阶微分方程

在可降阶微分方程里面

我们讨论的第一个方程形式是这样子的

也就是说如果y的n阶导数就等于f(x)

实际上大家一看

这个方程形式

我不介绍微分方程的概念

我们也会处理

相当于我们知道了

一个函数的n阶导数是什么

我要来求这个函数

大家知道

我只要做一次不定积分

他就会导数降低一次

也就是我连续做n次不定积分

就应该能得到这个未知函数

所以这是这类方程处理起来

我们从不定积分的角度就能处理

比如说我们看这个简单的例子

也就是y的两阶导数就等于e^(2x)-sinx

那大家来解这个问题的时候

自然就这样说了

因为他的两阶导数等于这个函数

所以他的一阶导数

我做一次不定积分

应该是1/2倍的exp(2x)

这面应该是+cosx

+一个任意常数C1

因为他的一阶导数

是这一个具体的函数

我们就再做一次不定积分

就会得到y就等于1/4倍的

exp(2x)这面他的原函数是sinx

C1的原函数是C1x

再加一个积分常数C2

实际上这就是我们得到的

这一个简单的二阶微分方程的通解

所以这类高阶方程

我们自然可以通过不定积分

对他进行不断的降阶

以致最后得到他的通解

在可降阶方程里边

我们要介绍的第二类方程

应该是这样子的

也就是说

我们以二阶微分方程为例

他的两阶导数等于

fxy‘那大家一看

这是一个二阶微分方程

但是他有一个明显的特点

就是在这个方程里边

他并不显含

并不显含未知函数y

他只与自变量x

未知函数的一阶导数

和未知函数的二阶导数有关

对这样的方程

我们一般可以这样处理

我就令ux就是y’x

也就把它的一阶导数

当成未知函数

这个方程自然就变成了

u‘他的一阶导=f(x u)

所以从形式上看

他就把一个二阶微分方程

变成了一个一阶微分方程

这当然就是说

把二阶变到了一阶

这是进行了降阶 降阶

尽管这个处理想法是非常简单

但是在我们把高阶方程进行处理的时候

这种降阶的思想应该是很重要的

所以我们也把他作为一类可降阶方程

单独介绍一下

接下来我们也看一个具体的例题

比如说

我们就来求解一下这个问题

就是y''+2xy’^2=0

我们要求他

在0这点的函数值是等1的

然后他在0这点的一阶导数是等0的

大家知道这应该叫

一个二阶微分方程的定解问题

因为我们加上了两个初始条件

现在我们就解这个定解问题

当然 解定解问题

自然是先解他的通解

再根据定解条件

把通解中的常数确定了

再来看这个方程

这个方程尽管是个二阶微分方程

但他并不显含未知函数y

所以我们就可以这样写了

我就令u(x)=y‘(x)

那么则原来的方程就变成了

u’+2xu^2这个=0

这应该就是关于新的

未知函数的一个变量分离方程

那我们给他变变形

他就会写成-U方分之dU

这面应该就等于2xdx

现在我们给他做积分

做积分 这面也就推出了

这是u分之一

这个地方应该就等于x平方加上c

也就得到了u(x)

应该等于1/(x^2+C)

但是写到这你可能会发现

因为这个u(x)就是y‘

y’等于这个分式

这个分式的分子等1

他不会等0的

那你会不会想到

说你给的这个定解条件不合适

实际上在里面

并不是定解条件不合适

主要大家注意

我们在这里做这个变形的时候

实际我们有一个假设

这个假设U是不等于0的

不等0的时候

我得到了这个解

但我回过头来看一下

如果u恒等于0的时候

这个方程显然是成立的

也就是说他除了这个解之外

还应该有一个u(x)是恒等于0的

就是等于0的 是这个解

这个解

因为不满足我们的定解条件

所以说我们就把他舍掉

我们只要这个解

这个解 也就是说

我知道了y‘(x)应该是=0的

这样我就进一步得到

y(x)应该是等于常数c的

而在0这点的值是=1

所以最后我们知道

我们要求的那个解

实际上就是一个常数函数

恒等于1的

我想这是关于那个

这两类可降阶微分方程的处理方法

实际就是对第二类

我们相当于简单的

把他的导函数

看成是新的未知函数

从二阶变到了一阶

当然 这种处理方法

大家自然也可以说

如果一个三阶微分方程

我不显含未知函数的时候

是不也可以通过这种想法

给他降到二阶的

所以说他是一个可降阶的方法

微积分——多元函数与重积分课程列表:

第一章 多元函数微分学

-第一节 多元连续函数

--向量的内积与长度-1

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-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

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-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

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--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

--梯度向量的概念与计算

-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

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--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)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-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

--极值点的概念和必要条件

--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

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-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

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-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

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-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

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--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

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-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

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-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

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-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

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-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

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-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

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-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

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--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

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

可降阶方程(之一)笔记与讨论

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