一阶微分方程

First-Order Differential Equation

一阶微分方程的一般形式:

y′=f(x,y)

一、可分离变量的微分方程

g(y)dy=f(x)dx⇒∫g(y)dy=∫f(x)dx⇒G(y)=F(x)+C

二、齐次方程

1. 齐次方程

dydx=φ(yx)

变量代换: u=yx,y=ux 求导得到:

dydx=u+xdudx=φ(u)

分离变量得:

duφ(u)−u=dxx

进一步积分即可得到通解:

∫duφ(u)−u=∫dxx

2. 可化为齐次的方程

dydx=ax+by+ca1x+b1y+c1
  1. 如果 a1a≠b1b

h,k 为待定系数,变量代换:x=X+h,y=Y+k 求导得到:dx=dX,dy=dY

{ah+bk+c=0a1h+b1k+c1=0

进一步得到齐次方程:

dYdX=aX+bY+ah+bk+ca1X+b1Y+a1h+b1k+c1=aX+bYa1X+b1Y
  1. 如果 a1a=b1b, 令 a1a=b1b=λ

变量代换:v=ax+by 求导得到:

dvdx=a+bdydx⇒dydx=1b(dvdx−a)

得到可分离变量的方程:

dydx=ax+by+cλ(ax+by)+c1⇒1b(dvdx−a)=v+cλv+c1