51常微分方程的基本概念引例1【人口问题】英国学者马尔萨斯(Malthus)认为人口的相对增长率为常数,
即如果设t时刻人口数为xt),则人口增长速度(t)成正比,从而建立了Malthus模型
与人口总量x
这是一个含有一阶导数的模型。引例2【货轮制动】货轮在平静的海面上以20ms的速度行驶,当制动时,货轮加速度为04ms2,求制动后货轮的运动规律。解设货轮开始制动后t秒内行使了s米,按题意,欲求出未知函数ss(t)。已知加速度
这是一个含有二阶导数的模型像这种含有未知函数的导数(或微分)的方程,称为微分方程微分方程。未知函数是一元函微分方程数的微分方程,称为常微分方程常微分方程。方程中未知函数导数的最高阶数,称为该微分方程的常微分方程微分方程的阶。
例如
f这里是自变量,是的未知函数,而二阶,
阶导数。二阶及二阶以上的微分方程称为高阶微分方程高阶微分方程。高阶微分方程如果函数满足一个微分方程,
依次是未知函数的一阶,
则称它是该微分方程的解。微分方程解确定的隐函数如果微分方程的解中
的解可以是显函数,也可以是由关系式
含有任意常数,且任意个不相关的常数的个数与微分方程的阶数相同时,这样的解称为微分方程的通解通解。通解
当自变量取某值时,要求未知函数及其导数取给定值,这种条件称为初始条件初始条件满初始条件足给定的初始条件的解,称为微分方程满足该初始条件的特解特解。特解
微分方程的特解
的几何图形,称为该方程的一条积分曲线,而通解的图
形在几何上则表示积分曲线族。
的微分方程称为可分离变量的微分方程。
例如方程。
等等都是可分离变量的微分
的微分方程称为齐次微分方程。
f的方程称为一阶线性微分方程,“线性”是指在方程中含有未知函数和它的导数′的项都是关于,′的一次项而q称为自由项。当q0时,
称为一阶线性齐次微分方程,当q≠0时,方程(823)称为一阶线性非齐次微分一阶线性非齐次微分方程。方程
的微分方程,当p、q是常数时,称为二阶线性常系数齐次微分方程二阶线性常系数齐次微分方程。二阶线性常系数齐次微分方程
的二阶微分方程,方程中未知函数及其各阶导数′,是以一次方形式出现,称为二阶线性微分方程其中二阶线性微分方程。二阶线性微分方程0时,方程,都是自变量的已知函数,当
称为二阶线性齐次微分方程二阶线性齐次微分方程。当二阶线性齐次微分方程例如
≠0时,称(57)为二阶线性非齐次微r