数学是不是很棒?这个短短的方程已可以表达了长长的一句 "数量对于时间的变化率等于增长率乘以数量"。

微分 方程可以形容人口变化、热量移动、弹簧震动、放射性物体衰变及很多其他现象。微分方程是形容宇宙里很多事物的正常并合理的方法。

怎样应用微分方程?

微分 方程是表达事物的好方法,但用起来并不容易。

所以我们在 微分方程时,尝试把 微分 方程转变为比较简单的代数式方程(没有微分)。这样我们便可以计算、画图、预测、等等。

例子:复利

钱赚利息。利息可以在固定时间计算,例如每年、每月等等,然后加在余额上。

这叫 复利

但若复利是连续计算的,在每一刻利息都会按比例加在当时的余额上。

余额越大,利息越多。

t 为时间、 r 为利率、 V 为当前的余额:

长期以来,很多了不起的人发现了一些 特别方法 来解 某些种类 的微分方程。

所以我先需要知道微分方程 的种类。

就好像旅行一样:乘搭不同的交通工具可以去不同的地方。 去邻近的地方,我们可以走路。有马路我们就可以开车。有河或海洋?我们要乘船了。在另一个银河系?不能去了!(至少暂时不能)

所以我们需要 把微分方程分类

第一个主要种类是:

  • "常微分方程"(ODE)只有 一个自变量 (像 y
  • "偏微分方程"(PDE)有两个或以上自变量。
  • 我们在这里学的是 常微分方程 !

    阶数与次数

    接下来我们算出微分方程的阶数与次数:

    阶数是 最高的导数 (是一阶导数还是 二阶导数 ?等等 ):

    + y 2 = 5x

    这个微分方程只有一阶导数 ,所以是 "一阶"

    最高导数是 d 3 y/dx 3 ,但没有指数(其实指数是 1,不过没有写出来),所以这是 "一次"。

    (我们不算 dy/dx 的指数 2,因为它不是最高导数)。

    所以这是 三阶一次常微分方程

    小心!不要把阶数和次数混淆了。有些人说阶数,其实他们的意思是次数!

    微分方程是 线性 的,若变量(和其导数)没有指数或与其他函数相乘。

    所以, 没有 y 2 、y 3 、√y、sin(y)、ln(y) 等等, 只有 y (变量)。

    比较正式地说, 线性微分方程 是以这形式表达的:

    + P(x)y = Q(x)

    好,我们把微分方程分类了,下一步便是解微分方程。

    以下不是所有解微分方程的方法,但你可以用来做学习的起点:

  • 分离变量法
  • 解一阶线性微分方程
  • 齐性微分方程
  • 微积分索引x