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什么是常微分方程?偏微分方程?舉個例子

導讀任何代入微分方程后使其成為恒等式的函數,都叫做該方程的解。若微分方程的解中含有任意常數的個數與方程的階數相同,且任意常數之間不能合并,則稱此解為該方程的通解(或一般解)。當通解中的各任意常數都取特定值時所得到的解,稱為方程的特解。通常,n 階微分方程的解含有 n 個任意常數。也就是說,微分方程的解中含有任意常數的個數和方程的階數相同,這種解叫做微分方程的通解。

凡含有參數、未知函數和未知函數導數(或微分)的方程,稱為微分方程,有時簡稱為方程。未知函數是一元函數的微分方程稱為常微分方程,未知數是多元函數的微分方程稱為偏微分方程。微分方程中出現的未知函數最高階導數的階數稱為微分方程的階。例如,方程 F(x, y, y¢, ...., y(n)) = 0 就是一個定義式,它定義了微分方程。任何代入微分方程后使其成為恒等式的函數,都叫做該方程的解。若微分方程的解中含有任意常數的個數與方程的階數相同,且任意常數之間不能合并,則稱此解為該方程的通解(或一般解)。當通解中的各任意常數都取特定值時所得到的解,稱為方程的特解。通常,n 階微分方程的解含有 n 個任意常數。也就是說,微分方程的解中含有任意常數的個數和方程的階數相同,這種解叫做微分方程的通解。如果根據實際問題要求出其中滿足某種指定條件的解來,那么求這種解的問題叫做定解問題。對于一個常微分方程的滿足定解條件的解叫做特解。對于高階微分方程,可以引入新的未知函數,把它化為多個一階微分方程組。常微分方程的概念、解法、和其它理論很多,比如,方程和方程組的種類及解法、解的存在性和唯一性、奇解、定性理論等等。下面簡述幾點,以了解常微分方程的特點。求通解在歷史上曾作為微分方程的主要目標,一旦求出通解的表達式,就容易從中得到問題所需要的特解。也可以由通解的表達式,了解對某些參數的依賴情況,便于參數取值適宜,使它對應的解具有所需要的性能,還有助于進行關于解的其他研究。后來的發展表明,能夠求出通解的情況不多,在實際應用中所需要的多是求滿足某種指定條件的特解。當然,通解是有助于研究解的屬性的,但是人們已把研究重點轉移到定解問題上來。一個常微分方程是不是有特解呢?如果有,又有幾個呢?這是微分方程論中一個基本的問題,數學家把它歸納成基本定理,叫做存在和唯一性定理。因為如果沒有解,而我們要去求解,那是沒有意義的;如果有解而又不是唯一的,那又不好確定。因此,存在和唯一性定理對于微分方程的求解是十分重要的。大部分的常微分方程求不出十分精確的解,而只能得到近似解。當然,這個近似解的精確程度是比較高的。另外還應該指出,用來描述物理過程的微分方程,以及由試驗測定的初始條件也是近似的,這種近似之間的影響和變化還必須在理論上加以解決。常微分方程實例:下列方程都是微分方程(其中 y, v, q 均為未知函數)。(1)y?= kx,k 為常數;(2)( y - 2xy) dx + x2 dy = 0;(3)mv?(t) = mg - kv(t)。如果一個微分方程中出現的未知函數只含一個自變量,這個方程叫做常微分方程,也簡稱微分方程;如果一個微分方程中出現多元函數的偏導數,或者說如果未知函數和幾個變量有關,而且方程中出現未知函數對幾個變量的導數,那么這種微分方程就是偏微分方程。偏微分方程分類比較繁瑣,解法多樣。建議找一本偏微分方程的教材來看看,這對你有很大幫助。

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