7-5可降阶的高阶微分方程分解
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§7.5 可降阶的高阶微分方程教学内容:一.()()n y f x =型的微分方程 形如()()n y f x =的微分方程,积分n 次,就得到原来的n 阶微分方程含有n 个独立任意常数的通解.二.(,)y f x y '''=型的微分方程1.方程(,)y f x y '''=的特点是其方程右端不显含未知函数y .2. 方程(,)y f x y '''=的解法:令)(x p y =',则)(x p y '='',代入方程得关于p 的一阶微分方程))(,()(x p x f x p =',设其通解为),()(1C x x p ϕ=,即得可分离变量的一阶微分方程1d (,)d =y x C x ϕ,两边积分就能得到方程的通解为⎰+=21),(C dx C x y ϕ.三.(,)y f y y '''=型的微分方程1.方程(,)y f y y '''=的特点是其方程右端不显含自变量x .2. 方程(,)y f y y '''=的解法:令d ()d y p y x=,利用复合函数的求导法则把y ''化为对y 的导数,则d d d d d d d d '''===y p y p y p x y x y,于是方程),(y y f y '=''可化为d (,)d =p p f y p y ,这是关于y 和p 的一阶微分方程,设其通解为),(1C y p ϕ=,即1d (,)d =y y C x ϕ,可求出原方程的通解21d (,)y x C y C ϕ=+⎰.四.例题讲解例1.求微分方程2e x y x '''=+的通解.例2.求微分方程x y x y +'=''1的通解.例3.求微分方程2221e 2()0y y y y y y ''''+-=满足初始条件12e |1x y =-=,12e|e x y =-'=的特解.。
常微分方程高阶方程解法常微分方程是描述变量关系的数学方程。
常微分方程可以分为一阶方程和高阶方程两种形式。
一阶方程是指方程中最高阶导数的阶数为一阶,高阶方程则是指方程中最高阶导数的阶数高于一阶。
高阶常微分方程解法较为复杂,需要借助一些特定的方法和技巧。
下面将介绍几种常见的高阶常微分方程解法。
1.常系数线性齐次方程的解法:齐次方程是指方程中没有出现自变量的项,且系数是常数的方程。
对于常系数线性齐次方程:a_n*y^n + a_(n-1)*y^(n-1) + ... + a_0*y = 0可以使用特征根法来求解。
假设y=e^(rx)是方程的解,代入方程可得:a_n*r^n*e^(rx) + a_(n-1)*r^(n-1)*e^(rx) + ... + a_0*e^(rx) = 0化简得到特征方程:a_n*r^n + a_(n-1)*r^(n-1) + ... + a_0 = 0解特征方程得到方程的特征根r1, r2, ..., rn,则方程的通解为:y = C1*e^(r1x) + C2*e^(r2x) + ... + Cn*e^(rnx)其中,C1, C2, ..., Cn为任意常数。
2.可降阶的高阶常微分方程的解法:可降阶的高阶常微分方程是指可以通过变量代换和符号分解等方法将高阶方程转化为一阶方程的形式。
例如,对于二阶常系数线性非齐次方程:a_2*y'' + a_1*y' + a_0*y = f(x)可以通过令z=y'代换变量,得到一阶常系数线性非齐次方程:a_2*z' + a_1*z + a_0*y = f(x)这样,高阶方程就转化为了一阶方程,可以采用一阶方程的解法来求解。
解出z后再求一次积分即可得到y的解。
3.常微分方程的级数解法:对于某些高阶常微分方程,可以采用级数展开的方法得到解的近似表达式。
假设方程的解可以表示为幂级数的形式:y = ∑(n=0 to ∞) a_n*x^n将该表达式代入方程,逐次求出各个系数a_n,即可得到解的级数表达式。