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一类常微分方程的解及其应用

2021-06-10吕桂稳王雅茹薛志群

关键词:定义变形

吕桂稳, 王雅茹,薛志群

(石家庄铁道大学 数理系,河北 石家庄 050043)

0 引言

然而在现代微分方程的研究与应用中,很少求微分方程的通解或所有解。一是因为只有少数微分方程可以求出其通解或所有解,二是有些问题不需要通解或所有解。但是对初学者尤其是非数学专业的学生来说,微分方程的解的概念还是非常重要的。因此,在一些通用教材中仍把微分方程的通解、所有解、特解等作为基本概念来一一介绍。

1 微分方程的通解、所有解、特解等基本概念及其关系

文献[1]中有这样的定义:对于n阶常微分方程

F(x,y,y′,L,y(n-1),y(n))=0

(1)

如果将函数y=φ(x)代入方程(1)后,能使它变为恒等式,则称y=φ(x)为方程(1)的解。

含有n个独立的任意常数c1,c2,LLcn的解y=φ(x,c1,c2,LLcn)称为n阶方程(1)的通解。

把满足初值条件的解称为微分方程的特解[1]。

文献[2]中对微分方程通解的定义是这样的:设函数y=φ(x)在区间I上有n阶连续导数,如果在区间I上F(x,φ(x),φ′(x),L,φ(n)(x))=0,则称函数y=φ(x)是微分方程的解。如果微分方程的解中含有任意常数,且相互独立的任意常数的个数与微分方程的阶数相同,那么确定了通解中的任意常数以后,就得到微分方程的特解[2]。

文献[1]、文献[2]中对通解的定义是一致的,而且在本质上特解都是利用通解,通过初始条件确定的。然而对于一个微分方程来讲,大多数情况下它的解并不唯一,那么使某个微分方程成为恒等式的全部函数,称为这个方程的所有解。一个微分方程的解、通解、特解及所有解具有如下关系。

定理1 通解、特解都是微分方程的解,但微分方程的通解未必是它所有解。……

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