叉积 微分 恒等式

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叉积 微分 恒等式

2024-03-01 21:47| 来源: 网络整理| 查看: 265

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IB学生如果选择数学high level中的AA(Analysis and approaches),那么就有一章内容为常微积分方程求解(Differential equations,下面微分方程都指常微分方程),主要是内容如下:

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其中需要掌握的求解微积分方程的方法有5种:

1. 欧拉法求解微分方程数值解; 2. 型微分方程求解; 3. 型,分离变量法求解微分方程; 4. 型,齐次微分方程求解; 5. 型,一阶线性微分方程求解。

当然还有关于微分方程的应用,比如Logistic growth逻辑增长模型,不过今天我们主要讲解一下2-5四种能够得到微分方程精确解的方法。

看到这里有没有想起那棵很高的挂了很多人的数……

一、基本微积分方程求解Differential equations of the from

这种类型的微分方程是最简单的微分方程,因为只需要把

移到右边,然后两边分别对 进行积分就可以了。

看个简单的书上例题:

Question:

Find the particular solution to

given . 【详解】 又因为 因此,

接下去看一下再一般一点的情况,如果微分方程含函数

该怎么办? 二、分离变量法求解微分方程Separable differential equations

分离变量型的微积分方程也是比较容易的,型如

,都可以采用分离变量进行求解,

举个书上简单的例子:

Question:

Solve the following differential equation

【详解】

其实上述两种类型的微分方程还是比较容易的,难的是在IB考试中与实际问题相结合,需要把问题转化为这种类型且要明确定积分的上下限,比如下面这道题:

b323788e73c237235c40a1a65f97d6d3.png 【详解】 根据题意可知: 化简可得:

类似的题目还有很多,一抓一大把。本章中提到的Logistic growth或者是AP中要求的Natural growth、Restricted growth都是用这种分离变量法求解的,详见下文:

双木止月Tong:【AP微积分】微分方程模型​zhuanlan.zhihu.com c68698868bb8c39ccac361d72aff8a4c.png 三、齐次微分方程求解Homogeneous differential equations

凡是通过化简微分方程能够变为型如

,都叫齐次微分方程。那么这种方程如何求解呢?

这里用到一个小技巧,令

,带入方程中可知

于是,

接下去就可以通过分离变量法进行求解了

还是书上的例子,

Question:

Solve the differential equation

【详解】 ,则 ,带入原微分方程中可得 其中, 接着, , 其中 , 是一个常数. 四、一阶线性微分方程求解The integrating factor method

一阶线性微分方程,型如

,对于有些学高数的大学生也不搞得清楚...本科书上一般用的是常数变异法,不过IB教材中用的是积分因子(Integrating factor)。

为积分因子,使得

*

于是,

我们就找到了满足要求的

因此,我们只需要能够找到

就能找到 。根据(*)可知,

于是,

接着就用分离变量法就可以了,

其中,

为了方便我们只需要令

,

综上所述,我们得到一阶线性微分方程的公式:

书上也很清晰的给出了求解一阶微分方程的一般步骤:

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接下去我们再来看一道书上的例题:

Question:

Solve the differential equation

【详解】 先计算积分因子 两边乘以 可得

至此,我们就把常见的常微分方程的四种方法都介绍完了,不过有些时候我们知道了这些方法也不一定能够积出来= =

c36eed8de234139fe820e3cfafd85f3c.png 【详解】 用分离变量法, 注: 这个小技巧对于初学者还是很有难度的

这两道题都是一位上海七得的学生问我的,哈哈,确实太不容易了。

想了解更多的关于国际数学课程的知识,可参阅:

双木止月Tong:【国际数学课程】目录​zhuanlan.zhihu.com 088e39dbcf13eb5a037717bca05b9c65.png


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