求微分方程的通解例题解

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典型习题:已知特解求线性微分方程

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习题课 (二) 一、两类二阶微分方程的解法 2. 二阶线性微分方程的解法 解答提示 特征根: P354 题4(2) 求解 例1. 求微分方程 例2. 例3. 二、微分方程的应用 例4. 例5. 例6. 一链条挂在一钉子上 , 启动时一端离钉子 8 m , 摩擦力为链条 1 m 长的质量 时的数学模型为 练习题 备用题 2. 设函数 解初值问题: * 目录 上页 下页 返回 结束 二阶微分方程的 二、微分方程的应用 解法及应用 一、两类二阶微分方程的解法 第七章 1. 可降阶微分方程的解法 — 降阶法 令 令 逐次积分求解 常系数情形 齐次 非齐次 代数法 欧拉方程 练习题: P353 题 2 (2); 3 (6) , (7) ; 4 (2); P353 题2 (2) 求以 为通解的微分方程 . 提示: 由通解式可知特征方程的根为 故特征方程为 因此微分方程为 P353 题3 求下列微分方程的通解 提示: (6) 令 则方程变为 齐次方程通解: 令非齐次方程特解为 代入方程可得 思 考 若 (7) 中非齐次项改为 提示: 原方程通解为 特解设法有何变化 ? 提示: 令 则方程变为 积分得 利用 再解 并利用 定常数 思考 若问题改为求解 则求解过程中得 问开方时正负号如何确定? 特征根 : 提示: 故通解为 满足条件 解满足 处连续且可微的解. 设特解 : 代入方程定 A, B, 得 得 处的衔接条件可知, 解满足 故所求解为 其通解: 定解问题的解: 且满足方程 提示: 则 问题化为解初值问题: 最后求得 思考: 设 提示: 对积分换元 , 则有 解初值问题: 答案: 的解. 设函数 内具有连续二阶导 (1) 试将 x=x( y) 所满足的微分方程 变换为 y=y(x) 所满足的微分方程 ; (2) 求变换后的微分方程满足初始条件 数, 且 解: 上式两端对 x 求导, 得 (1) 由反函数的导数公式知 (2003考研) 代入原微分方程得 ① (2) 方程①的对应齐次方程的通解为 设①的特解为 代入①得 A=0, 从而得①的通解: 由初始条件 得 故所求初值问题的解为 1 . 建立数学模型 — 列微分方程问题 建立微分方程 ( 共性 ) 利用物理规律 利用几何关系 确定定解条件 ( 个性 ) 初始条件 边界条件 可能还有衔接条件 2 . 解微分方程问题 3 . 分析解所包含的实际意义 解: 欲向宇宙发射一颗人造卫星, 为使其摆脱地球 引力, 初始速度应不小于第二宇宙速度, 试计算此速度. 设人造地球卫星质量为 m , 地球质量为 M , 卫星 的质心到地心的距离为 h , 由牛顿第二定律得: ② (G 为引力系数) 则有初值问题: 又设卫星的初速度 ③ ② ③ 代入原方程②, 得 两边积分得 利用初始条件③, 得 因此 注意到 为使 因为当h = R (在地面上) 时, 引力 = 重力, 即 ④ 代入④即得 这说明第二宇宙速度为 求质点的运动规律 上的力 F 所作的功与经过的时间 t 成正比 ( 比例系数 提示: 两边对 s 求导得: 牛顿第二定律 … 为 k), 开方如何定 + – ? 已知一质量为 m 的质点作直线运动, 作用在质点 另一端离钉子 12 m , 力, 求链条滑下来所需的时间 . 解: 建立坐标系如图. 设在时刻 t , 链条较长一段 下垂 x m , 又设链条线密度为常数 此时链条受力 由牛顿第二定律, 得 如不计钉子对链条所产生的摩擦 由初始条件得 故定解问题的解为 解得 (s) 微分方程通解: 当 x = 20 m 时, 思考: 若摩擦力为链条 1 m 长的质量 , 定解问题的 数学模型是什么 ? 不考虑摩擦力时的数学模型为 此时链条滑下来 所需时间为 从船上向海中沉放某种探测仪器, 按探测 要求, 需确定仪器的下沉深度 y 与下沉速度 v 之间的函 数关系. 设仪器在重力作用下从海平面由静止开始下沉, 在下沉过程中还受到阻力和浮力作用, 设仪器质量为 m, 体积为B , 海水比重为? , 仪器所受阻力与下沉速度成正 比 , 比例系数为 k ( k > 0 ) , 试建立 y 与 v 所满足的微分 方程, 并求出函数关系式 y = y (v) . (1995考研 ) 提示: 建立坐标系如图. 质量 m 体积 B 由牛顿第二定律 重力 浮力 阻力 注意: 初始条件为 用分离变量法解上述初值问题得 作业 P348 4 , 6 ;

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