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
解
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。
以
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