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可降阶的高阶微分方程

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可降阶的高阶微分方程

    二阶及二阶以上微分方程称为高阶微分方程.一般情况下,求解高阶方程更加困难,其基本思路之一是设法降低方程的阶,从而降低问题的难度.

    方程

    的右边仅是自变量x的函数.对方程两边逐次积分n次(即降阶n次)可得到通解.

    例1 求微分方程y#=x+1的通解.

    解 方程两边积分一次,得

    两边再积分,得

    第三次积分,得通解

    方程

    的右边不显含未知函数y.如果令y′=p,则y″=p′,从而方程化为

    p′=f(x,p).

    这是关于x,p的一阶微分方程,设其通解为

    p=φ(x,C1),

    则

    积分便得方程(2)的通解

    

    例2 求微分方程y″=y′的通解.

    解 令y′=p,则y″=p′,代入方程得

    p′=p,

    分离变量,得

    

    因而

    即y′=C1ex,积分得原方程的通解

    例3 求微分方程(1+x2)y″=2xy′满足初始条件y(0)=1,y′(0)=3的特解.

    解 所给方程不显含未知函数y,令y′=p,则y″=p′,从而方程化为

    

    分离变量,得

    

    两边积分,得

    即

    p=y′=C1(1+x2).

    由条件y′(0)=3得C1=3,所以

    y′=3(1+x2).

    两边积分,得

    y=x3+3x+C2

    又由条件y(0)=1,得C2=1,于是所求方程的特解为

    y=x3+3x+1.

    方程

    的右边不显含x.如果令y′=p,则

    从而方程(3)可化为

    这是关于y,p的一阶微分方程,设其通解为

    

    则

    分离变量并积分,得方程(3)的通解

    例4 求微分方程2yy″-y′2-1=0的通解.

    分离变量,得

    两边积分,得

    再由y′=p,得

    分离变量并两边积分,便得原方程的通解

    1.求下列微分方程的通解:

    (2)

    2.求下列微分方程满足所给初始条件的特解:

    3.设有一质量为m的物体,在空中由静止开始下落,如果空气阻力为R=c2v2(其中c为常数,v为物体运动的速度),求物体下落的距离s与时间t的函数关系.

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