常微分方程王高雄第三版答案文库

习题4.1 1.设和是区间上的连续函数，证明：如果在区间上有txtybtabta常数或常数，则和在区间上线形无关。tytxtxtytxtybta证明：假设在，在区间上线形相关txtybta则存在不全为零的常数，，使得0tytx那么不妨设不为零，则有txtxty显然为常数，与题矛盾，即假设不成立，在区间上线形无关txtybta2.证明非齐线形方程的叠加原理：设，分别是非齐线形方程tx1tx2 （1）xtadtxdtadtxdnnnnn111tf1 （2） xtadtxdtadtxdnnnnn111tf2的解，则+是方程 +的解。tx1tx2xtadtxdtadtxdnnnnn111tf1tf2证明：由题可知，分别是方程（1），（2）的解tx1tx2则： （3）tftxtadttxdtadttxdnnnnn1111111 （4）tftxtadttxdtadttxdnnnnn2212112那么由（3）+（4）得：+txtxtadttxtxdtadttxtxdnnnnn211211121tf1tf2即+是方程是+的解。tx1tx2xtadtxdtadtxdnnnnn111tf1tf23.试验证0的基本解组为，并求方程的通解。xdtxd22ttee,xdtxd22tcos 证明：由题将代入方程0得：-=0,即是该方程的解，texdtxd22tetete同理求得也是该方程的解te又显然线形无关，故是0的基本解组。 ttee,ttee,xdtxd22由题可设所求通解为：，则有：txttetcetc21

习题2.3

1、验证下列方程是恰当方程，并求出方程的解。

1. 0)2()(2dyyxdxyx

解： 1yM，xN=1 .

则xNyM

所以此方程是恰当方程。

凑微分，0)(22xdyydxydydxx

得 ：Cyxyx2331

2． 0)4()3(2dyxydxxy

解： 1yM，1xN .

则xNyM .

所以此方程为恰当方程。

凑微分，0432ydydxxxdyydx

得 Cyxyx232

3． 0])(1[]1)([2222dyyxxydxxyxy

解： 3422)(2)()1)((2)(2yxxyyxyxyyxyyM

3422)(2)()(2)(2yxxyyxyxxyxxxN

则yNxM . 因此此方程是恰当方程。

xyxyxu1)(22 （1）

22)(1yxxyyu （2）

对（1）做x的积分，则)(1)(22ydxxdxyxyu

=yxy2)(lnyx （3）

对（3）做y的积分，则dyydyxyyxyyu)()(2)()1(22

=dyydyxyxy)()(222

=22)(1yxxy

则11)(21)(2)(1)(2222222yyxyxyxyyxxyyyxxydyyd

yydyyyln)11()(

yxxyxyyxyxyyxyyyxyxyulnlnlnln222

故此方程的通解为Cyxxyxyln

4、 0)2(3)23(22232dyyyxdxxxy

常微分方程教案（王高雄）ch1-绪论1

常微分方程

一、微分方程的概念

方程对于学过中学数学的人来说是比较熟悉的；在初等数学中就有各种各样的方程，比如线性方程、二次方程、高次方程、指数方程、对数方程、三角方程和方程组等等。这些方程都是要把研究的问题中的已知数和未知数之间的关系找出来，列出包含一个未知数或几个未知数的一个或者多个方程式，然后去求方程的解。

但是在实际工作中，常常出现一些特点和以上方程完全不同的问题。比如：物质在一定条件下的运动变化，要寻求它的运动、变化的规律；某个物体在重力作用下自由下落，要寻求下落距离随时间变化的规律；火箭在发动机推动下在空间飞行，要寻求它飞行的轨道，等等。

物质运动和它的变化规律在数学上是用函数关系来描述的，因此，这类问题就是要去寻求满足某些条件的一个或者几个未知函数。也就是说，凡是这类问题都不是简单地去求一个或者几个固定不变的数值，而是要求一个或者几个未知的函数。

解这类问题的基本思想和初等数学解方程的基本思想很相似，也是要把研究的问题中已知函数和未知函数之间的关系找出来，从列出的包含未知函数的一个或几个方程中去求得未知函数的表达式。但是无论在方程的形式、求解的具体方法、求出解的性质等方面，都和初等数学中的解方程有许多不同的地方。

在数学上，解这类方程，要用到微分和导数的知识。因此，凡是表示未知函数的导数以及自变量之间的关系的方程，就叫做微分方程。

微分方程差不多是和微积分同时先后产生的，苏格兰数学家耐普尔创立对数的时候，就讨论过微分方程的近似解。牛顿在建立微积分的同时，对简单的微分方程用级数来求解。后来瑞士数学家雅各布·贝努利、欧拉、法国数学家克雷洛、达朗贝尔、拉格朗日等人又不断地研究和丰富了微分方程的理论。 常微分方程的形成与发展是和力学、天文学、物理学，以及其他科学技术的发展密切相关的。数学的其他分支的新发展，如复变函数、李群、组合拓扑学等，都对常微分方程的发展产生了深刻的影响，当前计算机的发展更是为常微分方程的应用及理论研究提供了非常有力的工具。

常微分方程(第三版)王高雄著课后习题答案.doc(总86页)

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1．dxdy=2xy,并满足初始条件：x=0,y=1的特解。

解：ydy=2xdx 两边积分有：ln|y|=x2+c

y=e2x+ec=cex2另外y=0也是原方程的解，c=0时，y=0

原方程的通解为y= cex2,x=0 y=1时 c=1

特解为y= e2x.

2. y2dx+(x+1)dy=0 并求满足初始条件：x=0,y=1的特解。

解：y2dx=-(x+1)dy 2ydydy=-11xdx

两边积分: -y1=-ln|x+1|+ln|c| y=|)1(|ln1xc

另外y=0,x=-1也是原方程的解 x=0,y=1时 c=e

特解：y=|)1(|ln1xc

3．dxdy=yxxyy321

解：原方程为：dxdy=yy2131xx

yy21dy=31xxdx

两边积分：x(1+x2)(1+y2)=cx2

4. (1+x)ydx+(1-y)xdy=0

解：原方程为： yy1dy=-xx1dx

两边积分：ln|xy|+x-y=c

另外 x=0,y=0也是原方程的解。

5．（y+x）dy+(x-y)dx=0

解：原方程为：

3 dxdy=-yxyx

令xy=u 则dxdy=u+xdxdu 代入有：

-112uudu=x1dx

ln(u2+1)x2=c-2arctgu

即 ln(y2+x2)=c-2arctg2xy.

6. xdxdy-y+22yx=0

解：原方程为： dxdy=xy+xx||-2)(1xy

则令xy=u dxdy=u+ xdxdu

211u du=sgnx x1dx

arcsinxy=sgnx ln|x|+c

7. tgydx-ctgxdy=0