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高等數(shù)學(xué):第7章 第二節(jié)、可分離變量微分方程

  • 資源ID:77670296       資源大小:1.05MB        全文頁數(shù):20頁
  • 資源格式: PPT        下載積分:20積分
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高等數(shù)學(xué):第7章 第二節(jié)、可分離變量微分方程

目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 轉(zhuǎn)化 可分離變量微分方程 第二節(jié)解分離變量方程解分離變量方程 xxfyygd)(d)(可分離變量方程可分離變量方程 )()(dd21yfxfxy0 )(d )(11xNxxMyyNyMd)( )(22 第七章 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 問題1:考慮一階微分方程),(yxfy ,2xxdyd xdxyd2 ,22yxxdyd xdyxyd22 的解法。例1:再兩邊求不定積分,2 xdxydcxy 2例2:,22 xdyxyd含有未知函數(shù) y, 積不出。xdyxyd22 ,22xdxyyd ,22 xdxyyd,12Cxy ,12Cxy 分離變量方程目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 一般地,形如xdxfydyg)()( (3)的一階微分方程,稱為變量已分離的微分方程將(3)式兩端求不定積分得 xdxfydyg)()((4)記 G ( y ) 和 F ( x ) 分別為 g ( y ) 和 f ( x ) 的一個原函數(shù),則cxFyG )()((5 )(5)式即為方程(3)的通解表達式。注意: (5)式確定了一個 y 關(guān)于 x 的隱函數(shù),稱(5)式為(3)的隱式通解。 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 有些一階微分方程,雖然不是變量已分離的形式,但只需經(jīng)過簡單的代數(shù)運算,就可化為變量已分離的方程形式,如:)()(ygxfxdyd xdxfygyd)()( xdyNxNydyMxM)()()()(2121 (6 )(變量已分離)(7 )xdxMxNydyNyM)()()()(1122 (變量已分離)方程(6)和(7)稱為可分離變量的微分方程。目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 例1:解微分方程xyxdyd 解:分離變量得:xxdyyd , xxdyyd,|ln|ln1cxy ,|ln1cyx ,2cyx )(12cec 由于 y = 0 也是方程的解,對應(yīng)常數(shù)所以方程的通解為cyx 其中,c 為任意常數(shù)注意, 為不等于零的任意常數(shù)。2c,|1ceyx ,2xcy ,02 c目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 例例2. 求微分方程yxxy23dd的通解.解解: 分離變量得xxyyd3d2兩邊積分xxyyd3d2得13lnCxyCxylnln3即13eCxy31eexC3exCy 1eCC令( C 為任意常數(shù) )或或說明說明: 在求解過程中每一步不一定是同解變形, 因此可能增、減解.( 此式含分離變量時丟失的解 y = 0 )目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 例例3. 解初值問題0d)1(d2yxxyx解解: 分離變量得xxxyyd1d2兩邊積分得Cxyln11lnln2即Cxy12由初始條件得 C = 1,112xy( C 為任意常數(shù) )故所求特解為 1)0(y2lnln1lnyxC 2lnln1lnyxC2ln1lnyxC21yxC目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 例例4. 求下述微分方程的通解:) 1(sin2yxy解解: 令 , 1yxu則yu1故有uu2sin1即xuuddsec2Cxutan解得Cxyx) 1tan( C 為任意常數(shù) )所求通解:目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 練習(xí)練習(xí)1:.edd的通解求方程yxxy解:解: 分離變量xyxydedeCxyee即01e)e(yxC( C 0 )積分eexyC或目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 練習(xí)2:求解初值問題 20412xyydydxxdy解:先將方程寫成可分離變量形式xdyydx )4(2再分離變量24xxdyyd 兩邊積分,42 xxdyyd |ln yxx 22ln41,1C |ln yxx 22ln412lnC 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 練習(xí)2:求解初值問題 20412xyydydxxdy |ln yxx 22ln412lnC |ln y4222lnxxC 再將初始條件代入 241212 C422xxCy 432 C442232xxy 所求解為:目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 例例4. 子的含量 M 成正比,0M求在衰變過程中鈾含量 M(t) 隨時間 t 的變化規(guī)律. 解解: 根據(jù)題意, 有)0(ddMtM00MMt(初始條件)對方程分離變量, MMd,lnlnCtM得即tCMe利用初始條件, 得0MC 故所求鈾的變化規(guī)律為.e0tMM然后積分:td)(已知 t = 0 時鈾的含量為已知放射性元素鈾的衰變速度與當(dāng)時未衰變原M0MtO目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 例例5.成正比,求解解: 根據(jù)牛頓第二定律列方程tvmdd00tv初始條件為對方程分離變量,mtvkmgvdd然后積分 :得Cmtvkgmk)(ln1)0( vkgm此處利用初始條件, 得)(ln1gmkC代入上式后化簡, 得特解并設(shè)降落傘離開跳傘塔時( t = 0 ) 速度為0,)e1 (tmkkgmvmgvk設(shè)降落傘從跳傘塔下落后所受空氣阻力與速度 降落傘下落速度與時間的函數(shù)關(guān)系. kgmv t 足夠大時目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 m1例例6. 有高 1 m 的半球形容器, 水從它的底部小孔流出,.cm12S開始時容器內(nèi)盛滿了水,從小孔流出過程中, 容器里水面的高度 h 隨時間 t 的變r解解: 由水力學(xué)知, 水從孔口流出的流量為tVQddhgSk2即thgSkVd2d求水小孔橫截面積化規(guī)律.流量系數(shù)孔口截面面積重力加速度設(shè)在d,ttt內(nèi)水面高度由 h 降到 ),0d(dhhhhhdhhO目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 對應(yīng)下降體積hrVdd222)1 (1hr22hh hhhVd)2(d2因此得微分方程定解問題:hhhthgSkd)2(d2210th將方程分離變量:hhhgSktd)2(2d2321m1rhhdhhOthgSkVd2d目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 兩端積分, 得gSkt22334( h)5225Ch 利用初始條件, 得,1514C則得容10th器內(nèi)水面高度 h 與時間 t 的關(guān)系:(s)737101(10068. 125234hht可見水流完所需時間為(s)10068. 14tm1rhhdhhO 因此)737101(215142523hhgSkt代入上式,以224sm8 . 9,m10,62. 0gSkhhhgSktd)2(2d2321目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 內(nèi)容小結(jié)內(nèi)容小結(jié)1. 微分方程的概念微分方程;定解條件;2. 可分離變量方程的求解方法:說明說明: 通解不一定是方程的全部解 .0)(yyx有解后者是通解 , 但不包含前一個解 .例如, 方程分離變量后積分; 根據(jù)定解條件定常數(shù) .解; 階;通解; 特解 y = x 及 y = C 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 (1) 找出事物的共性及可貫穿于全過程的規(guī)律列方程.常用的方法常用的方法:1) 根據(jù)幾何關(guān)系列方程 ( 如: P301 題5(2) ) 2) 根據(jù)物理規(guī)律列方程3) 根據(jù)微量分析平衡關(guān)系列方程(2) 利用反映事物個性的特殊狀態(tài)確定定解條件.(3) 求通解, 并根據(jù)定解條件確定特解. 3. 解微分方程應(yīng)用題的方法和步驟例4例5例6目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 思考與練習(xí)思考與練習(xí) 求下列方程的通解 :0d)(d)() 1(22yyyxxyxx提示提示:xxxyyyd1d122(1) 分離變量目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 作業(yè)第三節(jié) 7 2:1(1,4, 5,7,10) , 2(3, 4) , 6

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