常微分方程的概念

常微分方程的概念第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第六章常微分方程本章學習要求：了解微分方程、解、通解、初始條件和特解的概念.了解下列幾種一階微分方程：變量可分離的方程、齊次方程和一階線性方程.熟練掌握分離變量法和一階線性方程的解法.第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月微分方程淺談1676年詹姆士.貝努利致牛頓的信中第一次提出微分方程。直到18世紀中期，微分方程才成為一門獨立的學科。微分方程建立以后，立即成為表示自然科學中各種基本定律和各種問題的基本工具之一。

例如，1846年9月23日，數(shù)學家與天文學家合作，通過微分方程求解，發(fā)現(xiàn)了一顆有名的新星——冥王星。第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月微分方程淺談英國數(shù)學家懷特曾說過：“數(shù)學是一門理性思維的科學，它是研究、了解和知曉現(xiàn)實世界的工具?！蔽⒎址匠叹惋@示著數(shù)學的這種威力和價值?，F(xiàn)代建立起來的自然科學和社會科學中的數(shù)學模型大多都是微分方程。第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)微分方程的基本概念一、問題的提出二、微分方程的定義三、主要問題——求方程的解四、總結(jié)第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月在許多物理、力學、生物等現(xiàn)象中，不能直接找到聯(lián)系所研究的那些量的規(guī)律，但卻容易建立起這些量與它們的導數(shù)或微分間的關系。

含有未知函數(shù)的導數(shù)（或微分）的關系式。一、問題的提出第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月設所求曲線的方程為y

y(x),則一曲線通過點(1,2),且在該曲線上任一點M(x,y)處的切線的斜率為2x,求這曲線的方程.

解

上式兩端積分

得因為曲線通過點(1

2)

即當x

1時

y

2

所以2

12

C

C=1

因此

所求曲線方程為y

x2

1

(C為任意常數(shù))ò=xdxy2

引例1第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月列車在平直路上以的速度行駛,制動時獲得加速度求制動后列車的運動規(guī)律.解:

設列車在制動后

t秒行駛了s米,已知由前一式兩次積分,可得利用后兩式可得因此所求運動規(guī)律為說明:利用這一規(guī)律可求出制動后多少時間列車才能停住,以及制動后行駛了多少路程.即求

s

=s(t).引例2第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1、含有未知函數(shù)的導數(shù)（或微分）的方程，稱為微分方程。未知函數(shù)可以不出現(xiàn)，但其導數(shù)一定要出現(xiàn)。未知函數(shù)為一元函數(shù)的微分方程，稱為常微分方程。未知函數(shù)為多元函數(shù)的微分方程，稱為偏微分方程。二、微分方程的定義(本章內(nèi)容)第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月例常微分方程偏微分方程第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2、常微分方程的階數(shù)微分方程中所出現(xiàn)的未知函數(shù)的導數(shù)（或微分）的最高次數(shù)，稱為微分方程的階數(shù)。一階二階一階第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月微分方程的一般表示形式一階微分方程n階微分方程第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月引例2—使方程成為恒等式的函數(shù).通解—解中所含獨立的任意常數(shù)的個數(shù)與方程的階數(shù)相同.特解引例1通解:特解:1、微分方程的解

—不含任意常數(shù)的解.三、主要問題-----求方程的解第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月初始條件:用來確定任意常數(shù)的條件.初值問題:求微分方程滿足初始條件的解的問題.常微分方程初始條件問題分歧問題第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月初始條件:用來確定任意常數(shù)的條件.初值問題:求微分方程滿足初始條件的解的問題.一階:過定點的積分曲線;二階:常微分方程初始條件也稱為初值問題問題柯西第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月例1解微分方程初始條件通解特解第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月例1解微分方程初始條件通解特解有何想法？第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2、積分曲線（解的幾何意義）常微分方程解的幾何圖形稱為它的積分曲線。通解的圖形是一族積分曲線。特解是這族積分曲線中過某已知點的那條曲線。第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月例2解第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月所求特解為補充:微分方程的初等解法:初等積分法.求解微分方程求積分(通解可用初等函數(shù)或積分表示出來)第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月四、小結(jié)微分方程;微分方程的階;微分方程的解;通解;初始條件;特解;初值問