貝努利(Bernoulli)致牛頓的信中第一次提出微分方程

1、 1676年，貝努利(Bernoulli）致牛頓的信中第一次提出微分方程，直到十八世紀中期，微分方程才成為一門獨立的學科.微分方程建立后，立即成為探索現(xiàn)實世界的重要工具背背 景景 4.1 微分方程的概念 一、案例 二、概念和公式的引出 三、進一步的練習 四、實訓 一、案例一、案例 我們已知曲線過點(1, 2)，且曲線上任一點M(x, y)處切線的斜率是該點橫坐標的倒數(shù)，求此曲線方程案例 1 曲線方程 對式（1）兩邊積分，得解設(shè)曲線方程為y=y(x),于是曲線在點M(x,y)處（1）d1dyxx又曲線過點（,），故有 12xy（2）ddyx切線的斜率為 根據(jù)題意有1dlnyxxCx將式（2）代入

2、上式，得 2ln 1C，即C=2.故所求曲線方程為2lnxy 一質(zhì)量為m的質(zhì)點,在重力作用下自由下落,求其運動方程. 案例2 自由落體運動 解 建立坐標系如上圖所示，坐標原點取在質(zhì)點開始下落點,y軸鉛直向下.設(shè)在時刻t質(zhì)點的位置為y(t),由于質(zhì)點只受重力mg作用,且力的方向與y軸正向相同，故由牛頓第二定律，得質(zhì)點滿足的方程為 即: gdtyd22mgtymma22dd方程兩邊同時積分，得: 上式兩邊再同時積分，得 :21221CtCgty其中 是兩個獨立變化的任意常數(shù) 21C,C1ddygt Ct一般地，凡表示未知函數(shù)、未知函數(shù)的導數(shù)與自變量之間關(guān)系的方程，稱為微分方程微分方程中未知函數(shù)的最

3、高階導數(shù)的階數(shù)，稱為微分方程的階xxy1dd例如，案例1中的微分方程是一階微分方程；gty22dd案例2中的微分方程是二階微分方程 二、二、 概念和公式的引出概念和公式的引出 中，函數(shù) 是微分方程 的解。 lnyx Cd1dyxx通解例如，在案例1中， 是微分方程 的lnyx Cd1dyxx 任何滿足微分方程的函數(shù)都稱為微分方程的解求微分方程的解的過程，稱為解微分方程例如，在案例1 如果微分方程的解中含有任意常數(shù)，且任意常數(shù)的個數(shù)與微分方程的階數(shù)相同，這樣的解稱為微分方程的21212ygtC tC22ddygt通解在案例2中， 是微分方程 的通解.為 ，滿足初始條件的特解為 21xy2ln x

4、y 在通解中，利用附加條件確定任意常數(shù)的取值，所得的解稱為該微分方程的特解，這種附加條件稱為d1dyxx初始條件在案例中，方程 的初始條件利用微分方程解決實際問題的一般步驟如下：第一步 建立反映實際問題的微分方程；第二步 按實際問題寫出初始條件；第三步 求出微分方程的通解；第四步 由初始條件確定所求的特解 練習1列車制動 三、進一步的練習三、進一步的練習 列車在直線軌道上以20m/s的速度行駛，制動列車獲得負加速度-0.4m/s2，問開始制動后要經(jīng)過多長時間才能把列車剎?。吭谶@段時間內(nèi)列車行駛了多少路程？解 記列車制動的時刻為t=0，設(shè)制動后ts列車行駛了s m.由題意知,制動后列車行駛的加速

5、度等于-0. 422d0.4dst（1） 二階微分方程初始條件為當t=0時，s=0，d20dsvtm/ s2 ，即將方程（1）兩端同時對t積分，得 1d0.4,dsv ttCt (2)式(2)兩端對t再積分一次，得,2 . 0212CtCts (3)其中C1，C2都是任意常數(shù)，把條件當t=0時，d20dst , (4）20.220stt 速度方程為（5）d0.420dsvtt 代入式（2），得C120把t=0時，s=0代入式（3），得C2 0于是，列車制動后的運動方程為因為列車剎住時速度為零，在式（5）中，令v=0, 解0=-0.4t+20 ,得列車從開始制動到完全剎住的時間為再把t=50代入式（4）,得列車在制動后所行駛的路程為 st505.02020.2502050500(m)s 1曲線方程 已知曲線上任意點M(x,y)處的切線斜率為cos