線性微分方程簡介

2022-04-03 10:06:20 字數 732 閱讀 3286

$\delta y$表示的是變數$y$的變化量。

微分(differential),即微變化量,數學上表示為$dy$,$dy$被成為different of $y$。

導數(derivative),即變化率,數學上表示為$\frac$,也就是極短時間內$y$的變化量。

線性微分方程(linear differential equations)有如下方式表示

$ly = f$

其中$l$為線性操作符,$y$為需要求的未知函式,$f$是乙個與$y$具有相同自變數的函式,即可寫成下面的形式

$l[y(t)] = f(t)$

既然是線性微分方程,那麼左側的線性操作符內僅含有一次(1st-degree)項(線性,即不含有$y^2,(y')^5$等的多次項),並且各項會有未知函式$y$的導數,那麼等式左側展開得到

$l[y(t)]=\frac+a_1\fract}t}+\cdot \cdot \cdot +a_\frac+a_ny$

其中$a_k, k=1,2,…,n$為該多項式的係數。最高端導數為$\frac$(nth-order)。

由於大部分函式都能展開成泰勒級數形式,因此線性微分方程的一般求解方法是假設所求的未知函式$y$為冪級數,以此來求解:

$y = \displaystyle^a_k t^k }$

把左邊的$y$相關項替換成冪級數形式,最終左右兩邊相同次方的項的係數應該相等,以此來求得$y$。

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