可降阶的高阶方程
求解高阶微分方程的方法之一是设法降低方程的阶数。
下面我们以二阶方程为例来学习三种可以降阶的方程。
1.右端仅含x的方程:y"=f(x)
对这类方程,只须两端分别积分一次就可化为一阶方程
,
再次积分,即可求出方程得通解。
例题:求方程y"=cosx的通解。
解答:一次积分得:
二次积分即得到方程得通解:
2.右端不显含y的方程:y"=f(x,y')
我们为了把方程降阶,可令y'=p,将p看作是新的未知函数,x仍是自变量,于是,代入原方程得:
这就是一个一阶方程,然后即可由我们前面学的方法进行求解了。
例题:求方程的通解。
解答:令y'=p.,代入方程,得
分离变量后,得
积分,得
.即
再积分,即得原方程的通解:
.
3.右端不显含x的方程:y"=f(y,y')
我们为了把方程降阶,可令y'=p,将p看作是自变量y的函数,有
代入原方程,得
这是关于p的一阶方程,我们可由此解出通解,然后再代入原方程求解,即可。
例题:求方程的通解
解答:令代入原方程得:
它相当于两个方程:
由第一个方程解得:y=C;
第二个方程可用分离变量法解得
p=C
y
1
从而
由此再分离变量,解得:
这就是原方程的通解(解y=C包含在这个解中)。