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线性微分方程解函数组线性相关的判别法

下一节:线性微分方程解的结构

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线性微分方程解函数组线性相关的判别法课程教案、知识点、字幕

对于一般的函数组

我们给出了线性相关的必要条件

如果我们这个函数组 是一个

线性齐次微分方程的解函数组的时候

我们来看看 我们会得到什么结果

这就是我们要介绍的

线性齐次微分方程

解函数组线性相关的

或者是线性无关的判别法

也就是说 给了一个函数组

它是一个线性齐次微分方程的

解函数组的时候

我们有没有办法

判别一下它是线性相关的

还是线性无关的

关于这个问题 我们给出一个定理

这个定理的内容是

如果函数组g1(x) g2(x)一直到gn(x)

是n阶线性齐次微分方程 它的n个解

其中这个齐次微分方程中的系数函数

都是区间I上的连续函数

那么我们下面三个结论是等价的

第一个结论就是说 这个函数组

在这个区间I上是线性相关的

第二个结论是说

这个函数组 它的朗斯基行列式

在区间I上的每一点都是等于零的

第三个结论是说

在这个区间上 我们村在某一点x0

使得这个函数组

它的朗斯基行列式在这一点是等于0的

说着三个结论是等价的

从这个定理我们可以知道

如果这个函数组是一个

n阶线性齐次微分方程的解函数组时

那么这个定理就告诉我们

判断它线性相关还是无关的

非常有效的方法

因为给的三个结论是等价的

我们最有用的自然是第三个

第三个告诉我们

你只要在I里面随便取一个点

如果这一点的朗斯基行列式等于0

说明这个解函数组是相关的

如果在这一点

它的朗斯基行列式不等于0

说明它是无关的

所以 我们就把判断齐次微分方程

它解函数组的相关无关问题

转化成了

求一个具体的行列式的值的问题

所以这样就得到了

一个比较好用的判别法

接下来 我们来证明一下这个定理

通过这个定理 以及咱们前面得到的

函数组线性相关的必要条件

我们知道

函数组如果线性相关的时候

我能推出它在这个区间上

任何一点的朗斯基行列式等于零

而在这个区间上

任何一点的朗斯基行列式等于零

自然能推出它在指定某一点的

朗斯基行列式等于零

所以为了证明这三个结论是等价的

我只要证明

在第三个结论成立的前提下

能把它线性相关推出来就行了

所以接下来我们证明的时候

只证这一个 就是怎么样用(3)推(1)

现在 我们的写法是这样子的

说因为我的条件是知道了

它在某一点的

朗斯基行列式是等于零的

所以说我就知道 这样说 因为这个

在x0这一点的朗斯基行列式等于0

所以我就应该存在

不全为零的c1 c2一直到cn

使得这个是对的 也就是说

c1 g1(x0)一直加 加到cn gn(x0)

它应该等于零

c1 g1它的一阶导数在x0这一点的值

一直加 加到cn 乘上

gn它的一阶导数在x0这一点的值

最后一个方程

应该就是c1 g1

它的n-1阶导数在x0这一点的值

一直加加到 cn 乘上gn

它的n-1阶导数在x0这一点的值

也等于零

因为朗斯基行列式等于零

说明与这个行列式对应的矩阵

为系数矩阵的齐次方程组

应该是有非零解

所以我们就找到一组不全为零的c

满足这个方程组

有了这个方程组之后

接下来我们就利用

得到的这一组不全为零的系数c

构造一个函数

我就令y(x)就等于

c1 g1(x)再加上c2 g2(x)

再加上cn gn(x)

也就是利用这个不全为零的系数

以及这个解函数组

我做个线性组合

就得到了一个新的函数

根据前面我们讨论过的

齐次方程组的解是有所谓的叠加原理

叠加原理指的是

如果g1 g2到gn

都是齐次方程组的解的时候

那么它的线性组合

仍然是原来这个微分方程的解

也就是说根据解的叠加原理

则y(x)也是这是我们这个齐次方程

也就是方程(*)表示的这个方程的解

而且 我们看一下

如果让它表示成y的时候

那么这n个方程 相应的就是

第一个方程指的是

y(x0)是等于0的

第二个方程应该指的是

y'在x0那点的值也等于0

这样第n个方程指的是

它的n-1阶导数

在x0那点的值还等于0

这实际就是说

这个函数它既是方程的解

又满足这些条件

这样的时候 也就是这个y(x)

是这个齐次方程定解问题的解

这个方程也就是

an(x)y的n阶导一直加到a0(x)y等于0

定解问题也就是

y(x0)等于y'(x0)等于 一直等于

y的n-1阶导 x0 都等于0

因为是个n阶微分方程

所以应该有n个定解条件

从函数值到n-1阶导数值

那 这个函数

也就是说我们得到的这个函数

就是它的解

大家注意 我们定理中

还给了一个条件

就是这个系数函数都是连续的

那么在系数函数都是连续的前提下

我们知道线性微分方程的定解问题

它的解是存在唯一的

但是 对这个特殊的定解问题来说

我们知道 Y(x)它自然是满足方程的

同时它也满足在x0这点的函数值

一直到n-1阶导数值都等于零

也就是说

这个函数也是这个定解问题的解

好 根据解的存在唯一性

我们就推出了y(x)

也就是我们这个y(x)

应该就恒等于这个Y(x)

换句话说 我们就得到了这个

c1 g1(x)一直加到cn gn(x)

它就恒等于零 这个恒等于零

是对区间上任何一点都是成立的

那么回忆一下 什么叫

函数组在一个区间上线性相关

也就是说

如果存在一组不全为零的常数

c1到cn 使得它的线性组合

在这个区间上每一点都是0的时候

我们就说它是线性相关的

这样我们就证明了

只要在一点的朗斯基行列式等于0

就说明它是线性相关的

所以说尽管对一般的函数组

我们并没有得到很好的

判断它们相关无关的方法

但是 如果这个函数组是

一个线性微分方程的解函数组的时候

我们就得到了一个非常有效的判别法

所以关于微分方程解函数组的

相关和无关的判断问题

对我们来说 就转化成了一个

求具体行列式是否为零的问题

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

线性微分方程解函数组线性相关的判别法笔记与讨论

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