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分離變量法
鎖定
分離變量法主要思想
數學上,分離變量法是一種解析常微分方程或偏微分方程的方法。使用這方法,可以借代數來將方程式重新編排,讓方程式的一部分只含有一個變量,而剩餘部分則跟此變量無關。這樣,隔離出的兩個部分的值,都分別等於常數,而兩個部分的值的代數和等於零。
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分離變量法常微分方程
分離變量法第一種方法
設定變量 y=f(x)。那麼,
只要是
,就可以將方程式兩邊都除以h(y) ,再都乘以 dx :
這樣,可以將兩個變量x ,y 分離到方程式的兩邊。由於任何一邊的表達式跟另外一邊的變量無關,表達式恆等於常數k 。因此,可以得到兩個較易解的常微分方程;
分離變量法第二種方法
有些不喜歡用萊布尼茨標記(Leibniz's notation) 的數學家,或許會選擇將公式 (1) 寫為
這寫法有一個問題:無法比較明顯的解釋,為什麼這方法叫作分離變量法?
隨着 x積分公式的兩邊,可以得到
應用換元積分法,
假如,可以求算這兩個積分,則這常微分方程有解。這方法允許將導數
當做可分的分式看待,可以較方便的解析可分的常微分方程。
分離變量法偏微分方程
或者
時常,對於每一個自變量
,都會伴隨着一個分離常數。如果,這個方法成功,則稱這偏微分方程為可分偏微分方程(separable partial differential equation)。
分離變量法例子
分離變量,得
對兩邊積分,得
即
取
得,
,故有
,即