一阶线性微分方程

1 一阶线性微分方程
如果一个能写成:

那么该就称为 一阶线性微分方程 。如果,那么该方程就是 齐次 的,否则就是 非齐次 的。

之所以称之为一阶线性微分方程,是因为如果将上述微分方程等号的左侧看作关于的函数,即:

那么该函数符合,也就是满足(同学们可以自行验算下):

  • 齐次性:
  • 可加性:

“齐次”与“非齐次”则和类似,后面会看到一阶线性微分方程和线性方程组确实很类似。

2 一阶齐次线性微分方程的求解方法

一阶齐次线性微分方程是,可以求得其如下:

其中

3 一阶非齐次线性微分方程的求解方法

对于一阶非齐次线性微分方程可以用所谓的 常数变易法 ,该方法说如果将一阶齐次线性微分方程的中的常数替换为未知函数,那么就得到了一阶非齐次线性微分方程的,即:

下面将求出来。运用可以求出一阶非齐次线性微分方程的为:

代入一阶非齐次线性微分方程可得:

所以一阶非齐次线性微分方程的为:

可以将上述改写为如下的两项之和,其第一项为一阶齐次线性微分方程的,其第二项为一阶非齐次线性微分方程的

4 拉格朗日和常数变易法

为什么常数变易法是可行的呢?这里来解释一下。据说常数变易法是法国数学家拉格朗日给出的:

约瑟夫·拉格朗日伯爵(1736 - 1813)

我们无从得知拉格朗日当时是怎么思考的,下面给一种可能的思路。对一阶非齐次线性微分方程进行如下求解:

上面没有完全求出来解,因为等式右侧还包含有,不过可以观察出解的情况。令,所以上述解可以改写为:

这就是常数变易法一开始就笃定是非齐次的的原因。

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