常微分第三版课件.ppt

1、2.4 一阶隐方程与参数表示一阶隐方程与参数表示)(未能解出或相当复杂y一阶隐式方程)1(,0),(yyxF求解采用引进参数的办法使其变为导数已解出的方程类型.主要研究以下四种类型),()1(yxfy),()2(yyfx,0),()3(yxF,0),()4(yyF定义有时使当与上的函数如果存在定义在对于微分方程,),(),()(),(,0),(ttytxdxdyyxF,0)()(),(),(ttttF.0),(),(,)()(的参数形式解为方程则称dxdyyxFttytx的参数形式通解为同样可定义方程0),(dxdyyxF).,(,),(),(tctyctx的方程或可解出一)(xy、1 形如)

2、2(),(dxdyxfy 方程的解法,。yxf有连续的偏导数这里假设),(变为则方程引进参数)2(,10yp)3(),(pxfy 得代入并以求导两边对将,)3(20pdxdyx)4(,dxdppfxfp。px的一阶微分方程这是关于变量,fpdpxfdxp),(cxp(I)若求得(4)的通解形式为)4(,dxdppfxfp将它代入(3),即得原方程(2)的通解。ccxxfy为任常数),(,(II)若求得(4)的通解形式为),(cpx则得(2)的参数形式的通解为),(cpx),),(pcpfy.,是任意常数是参数其中cp)3(),(pxfy(III)若求得(4)的通解形式为0),(cpx则得(2)

3、的参数形式的通解为0),(cpx),(pxfy.,是任意常数是参数其中cp附注1:.,了而不再表示只起参数作用这也表明在通解中的另方面一方面这是习惯所至来替代通常用数在参数形式通解中的参ydxdyptp附注2:.,),(,),(,.),(,),(,),(,111这显然是不对的与数常中有两个相互独立的任而常数通解中只有一个任意是一阶微分方程因为我们可这样去理解得到分积并进而两边关于即看成中的不应把能解比如在求得通解后cccdxcxyyxfycdxcxyxcxdxdydxdypcxp解:则原方程变为令,pdxdy)6(,2)(22xxppy求导得两边对x,2xpdxdpxdxdppp整理化简后得方

4、程)7(,0)2)(1(xpdxdp例1 求解方程.2)(22xdxdyxdxdyy解得(7)的通解为:.cxp将它代入(6)得原方程的通解:)8(,222为任常数cxcxcy)6(,2)(22xxppy)7(,0)2)(1(xpdxdp又从02 xp解得(7)的一个解为:,2xp 01dxdp从将它代入(6)得原方程的一个解:.42xy 故原方程的解为:通解:)8(,222为任常数cxcxcy及一个解:.42xy.)8(,4,4)8(22该点与之相切中的某一条积分曲线在都有积分曲线族处上的每一点且在积分曲线不包含这里通解xyxy的包络为曲线在几何中称曲线)8(42xy。xy为原方程的奇解在微

5、分方程中称解42例2.在第一像限中求一条曲线,使其上每一点的切线与两坐标轴所围成的三角形面积均等于2.解:),(xyy 设所求的曲线为的切线方程为则过曲线上任一点),(yx)(xXyyY,),(为切线上的动点其中YX因此,切线在坐标轴上的,:yyxaa为横载距,:xyybb为纵载距因所求曲线在第一象限,由题意得2)(21xyyyyx即24)(yxyy:)0(得解以上方程y,2yxyy:得令py,2pxpy:求导得两边对x,1dxdppdxdpxpp即,0)1(dxdppx,0时当dxdp,cp 有故得通解为:,2ccxy它是直线族.,01时当 px得另一特解为:01 pxpxpy2:得消去参数

6、p,1xy这是双曲线,显然这才是我们所要求的一条曲线.,0)1(dxdppx,2pxpy0p)1(ppp22)(p2 形如)9(),(dxdyyfx 方程的解法,。yyf有连续的偏导数这里假设),(变为则方程引进参数)9(,10dxdyp),(pyfx 得代入并以求导将上式两边对,1,20pdydxy)10(,1dydppfyfp。py的一阶微分方程这是关于变量,pfyfpdydp1)10(,1dydppfyfppfyfpdydp1若求得(10)的通解形式为0),(cpy则得(9)的参数形式的通解为.,是任意常数是参数其中cp0),(cpy),(pyfx 例3 求解方程.02)(3ydxdyx

7、dxdy解:,代入方程得设dxdyp 方程变形为:dxdydxdyyx2)(3).0(,23pppyx得代入并以求导上式两边对,1,pdydxy,2)()31(1232pdydppydydpppp即,023dppydppdy解以上微分方程得:,24cpyp因而:,24ppcy故方程的通解参数形式为22434ppcx223ppcy).,0(为任常数为参数 cp.0,y还有解此外22434ttcx223ttcy习惯通解记成:).,0(为任常数为参数 ct 的方程或不显含二)(xy、1 形如)11(,0),(dxdyxF方程的解法,。yxF有连续的偏导数这里假设),(,dxdyp 设.),(,或若干

8、条曲线平面上的一条曲线表示从几何上看pxpxF,0),(:)11(pxF变为则为参数表示若能找到该曲线的参数ttptx),(),(:,0)(),(ttF即满足:恒满足的任何一条积分曲线上由于沿方程,0),(pxFpdxdxydy代入上式得把)(),(tptxdy)()(tdtdttt)()(两边积分得,)()(cdttty于是得到原方程参数形式的通解为)(tx,)()(cdttty解的步骤:则方程变为设,10dxdyp,0),(pxF即用参数曲线表示出来将引入参数,0),(,20pxFt,)()(tptx并两边积分得代入把,)(),(30pdxdytptx,)()(cdttty,)()()(4

9、0cdtttytx通解为“关键一步也是最困难一步”故原方程参数形式的通解为txsinctycos得通解为可以消去参数,t.1)(22cyx由于 pdxdytdttcostan,sintdt积分得dttysinct costxtpsin,tan例4 求解方程,)(12dxdyxdxdy解的隐式方程这是不显含y:,则方程变为设dxdyp,12pxp把方程表为参数形式引入参数,t代入方程得令,22,tanttp.sintx 2 形如)12(,0),(dxdyyF方程的解法,。yyf有连续的偏导数这里假设),(解的步骤:,10则方程变为设dxdyp,0),(pyF即用参数曲线表示出来将引入参数,0),

10、(,20pyFt)(),(tpty并两边积分得代入把,)(),(30pdydxtpty,)()(cdtttx,)()()(40tyCdtttx通解为“关键一步也是最困难一步”例5 求解微分方程.1)(1(22dxdyy解,0),(类型方程属于dxdyyF:,则方程变为设dxdyp.1)1(22 py代入方程得令,costp,sin1ty由于pdydxdttt2sincostcosdtt2sin1故原方程参数形式的通解为,cotctx,sin1ty代入原方程得时当,0y,12y。y也是原方程的解故知1积分得dttx2sin1,cotct 注:方程有多种解法,1)1(2yydxdy解出,)(11)2(2dxdyy解出,11)3(2tyty 得引入参数用一(1)型作业P60 1,3,5