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齊次微分方程

鎖定
齊次微分方程(homogeneous differential equation)是指能化為可分離變量方程的一類微分方程,它的標準形式是 y'=f(y/x),其中 f 是已知的連續方程。求解齊次微分方程的關鍵是作變換 u=y/x ,即 y=ux ,它可以把方程轉換為關於 u 與 x 的可分離變量的方程,此時有 y'=u+xu',代入原方程即可得可分離變量的方程 u+xu'=f(u) ,分離變量並積分即可得到結果,需要注意的是,最後應把 u=y/x 代入,並作必要的變形。
中文名
齊次微分方程
外文名
homogeneous differential equatlion
標準形式
y'=f(y/x)
求解關鍵
作變換 u=y/x ,即 y=ux
注意事項
最後應把u=y/x代入,並作變形
應用學科
高等數學

齊次微分方程定義

形如
的一階微分方程稱為齊次微分方程,簡稱微分方程。

齊次微分方程方程特點

齊次微分方程的特點是其右端項是以
為變元的連續函數。
例如,
是齊次微分方程,它可以轉化為:
,即
[1] 

齊次微分方程方程的解

齊次微分方程通過變量代換,可化為可分離變量微分方程來求解。
其中
是新的未知函數,對
兩邊求導,則有:
將其代入
,得:
分離變量,得:
兩邊積分,得:
求出積分後,再將
回代,便得到方程
的通解。

齊次微分方程求解步驟

(1)作變換
,將齊次方程轉化為分離變量的微分方程;
(2)求解可分離變量的微分方程;
(3)用
代替步驟(2)中所求通解中的
(即變量還原),就可以得到原方程的通解。 [1] 

齊次微分方程注意事項

如果有
,使得
,則顯然
也是方程
的解,從而
也是方程
的解;如果
,則方程
變成
,這是一個可分離變量微分方程

齊次微分方程典例

齊次微分方程例1

求解方程
解:令
,則
原方程變為:
,即
分離變量可得:
左右兩端同時積分可得:
代入,便可得到原方程的通解為:
,其中 C 為任意常數。 [1] 

齊次微分方程例2

求方程
的通解。
解:令
,則
原方程變為:
,即
分離變量可得:
左右兩端同時積分並化簡得:
代入,便可得到原方程的通解為:
,其中 C 為任意常數。 [2] 
參考資料
  • 1.    北京郵電大學世紀學院數理教研室編;.高等數學 .北京:北京郵電大學出版社,2015:237-240
  • 2.    藺守臣,楊向斌主編.高等數學.西安:西安電子科技大學出版社,2015:157-158