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全微分方程
微分形式一阶微分方程能够写成
()
假如上式左端恰是某个二元函数全微分,即
()
则称方程()为全微分方程或者恰当方程。函数
称为微分方程()原函数。
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比如方程
就是一个全微分方程。因为它左端
恰好是二元函数
全微分。函数 就是方程
一个原函数。
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现在有两个基本问题:
1 判断微分方程()是全微分方程?
2 假如方程()是全微分方程,怎样求得原函数?
为了回答上述问题,首先查看当()
是全微分方程时,函数应该具备什么性
质?从方程()知应有
()
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和 ()
将()和()分别对 y 和 x 求导,得到
由 连续性,可得
所以就有 ()
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于是,条件()是()成为全微
分方程必要条件。现在证实()还
是()成为全微分方程充分条件。
或者深入证实,假如方程()满足
条件(),我们就能找到函数,使它
同时适合方程()和()。这么
就回答了上面提出两个问题。
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现在从关系式()出发,将y 看
成参数,两边对x 积分得
这里g(y)是y 任意可微函数。下面来
选择g(x), 使u 同时满足()。因为
所以
()
()
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现在证实()右与x无关,也就是证实()右端对x偏导数恒等于零。实际上
在我们假设下,上述交换求导次序是合理。于是()右端只是 y函数,积分之,有
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将()代入到(),即得到
()
所以,全微分方程通解是
()
其中C为任意常数。
()
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求原函数u 也能够化成定积分来做。 将方程(两边对x积分,得
()
其中g(y)为y 任意可微函数。为了使u满足(),应该有
()
由参变量积分性质和条件(),
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上式即是
或
从而有
积分后,得
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