定義
(1)變量可分離的微分方程若由 ,可得 則稱其為變量可分離的微分方程.
(2)齊次方程若由 可得 則稱其為齊次方程.
解法: 換元化為變量可分離方程.
(3)一階線性方程
若由 可得 ,則稱其為一階線性方程:
解法 使用解的公式 .
(4)伯努利方程若由 可得 則稱其為伯努利方程.
解法 換元化為一階線性方程
令 則 代入原方程 得 (一階線性方程)
(5)全微分方程若由 可得 且 則稱其為全微分方程.
解法原函數求解或折線積分.
(1)令 則 又由 可得 從而解得 (2) 即為方程的解.
例題
變量可分離的微分方程
例 1 設曲線 經過點(0,1),且位於 軸上方. 就數值而言, 上任何兩點之間的弧長 都等於該弧以及它在 軸上的投影為邊的曲邊梯形的面積,求 的方程.
解 設曲線 的方程為 由題意得
兩邊求導,得
於是
由 ,解得 故 ,所以
於是所求曲線方程為
例2
求微分方程 的通解 求可微函數 使之滿足 解 ( )應用三角公式,原方程等價於
即 sin , 此為變量可分離的方程,分離變量得
積分得 即通解為
齊次微分方程
例 3
設函數 在 上連續,若由 曲線 直線 與 軸所圍成的平面圖形繞 軸旋轉一周所成的旋轉體體積為
試求 所滿足的微分方程,並求該微分方程滿足條件 的解. 解 由題意 即
兩邊對 求導,得
改寫為 即
令 則 化簡整理得
當 時 積分得 又 所以 故所求的解為
一階線性微分方程
例 4
求一連接 兩點的向上口的連續曲線,使其上任意一點 到 的直線 與該曲線所圍區域的面積為
解 設曲線方程為 則由題意可得
兩邊關於 求導,得 此方程的通解為
由 得 , 故所求曲線方程為
解 整理原方程,得 .令 則得 故所以
故該方程為全微分方程,解之得通解
即
模擬練習題
(1)
(2)
(3)
(4)