微分方程
Differential Equation
表示未知函数、未知函数的导数与自变量之间关系的方程,描述系统从一个时刻到另一个时刻的变化情况
微分方程的阶:所出现的未知函数的最高阶导数的阶数
微分方程的解:满足微分方程的函数,将此函数代入微分方程可以使得方程成为恒等式。
初值条件:用来确定任意常数的条件
graph LR 微分方程--> 常微分方程 & 偏微分方程 常微分方程ODE--> 线性常微分方程 & 非线性常微分方程 & 随机微分方程SDE 偏微分方程PDE--> 线性偏微分方程 & 非线性偏微分方程 & 随机微分方程SDE
一、常微分方程 ODE
Ordinary Differential Equation ODE
未知函数的所有导数都是关于同一变量的微分方程
1. 一阶线性微分方程
2. 高阶线性微分方程
二、偏微分方程 PDE
Partial Differential Equations PDE
未知函数是多个变量的函数,并且包含多个变量的偏导数的微分方程
graph LR 偏微分方程 --> 1[椭圆方程] & 2[抛物线方程] & 3[双曲方程] 1 -->拉普拉斯方程 2 --> 热方程 3 --> 波方程
三、随机微分方程 SDE
Stochastic Differential Equations
在经典微分方程(ODE/PDE)中引入随机性,以建模现实中的不确定性
四、微分方程建模
从不同领域抽象出共性数学模型,使用微分方程解决实际问题
实际系统多是非线性系统,线性化方法“非线性
基本思路: 数值计算
- 当描述相对变化量比绝对量更容易时,使用微分方程
- 微分方程一般不能直接求解,但是可以单从方程本身直接建立理解与计算
与其考虑单个变量的高阶导数,不如考虑高维向量的一阶导数