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积分因子法在一阶常微分方程求解问题中的应用(4)

时间:2017-06-25 19:10来源:毕业论文
由此可知,方程(1)有只与x有关的积分因子的充要条件是 (M/y-N/x)/N=(x), (6) 这里(x)仅为x的函数,假如条件(6)成立,则根据方程(5),可以求得方程(


由此可知,方程(1)有只与x有关的积分因子的充要条件是
(∂M/∂y-∂N/∂x)/N=φ(x),                                                       (6)
这里φ(x)仅为x的函数,假如条件(6)成立,则根据方程(5),可以求得方程(1)的一个积分因子 .

    存在只与y有关的积分因子
同样,(1)有只与y有关的积分因子的充要条件是
(∂M/∂y-∂N/∂x)/(-M)=φ(y),
这里φ(y)仅为y的函数. 从而求得方程(1)的一个积分因子μ=e^∫▒〖φ(y)dy〗.

    存在 形式的积分因子
由上述可得,方程(1)有 形式的积分因子的充要条件是
(∂M/∂y-∂N/∂x) (M±N)^(-1)=f(x±y).
    存在 形式的积分因子
方程(1)有 形式的积分因子的充要条件是
(∂M/∂y-∂N/∂x) (My±Nx)^(-1)=f(x^2±y^2 ).

    存在 形式的积分因子
方程(1)有 形式的积分因子的充要条件是
1/(x^α y^β ) (∂M/∂y-∂N/∂x) (αN/x-βM/y)^(-1)=f(x^α y^β ),

延伸1:存在形如μ(x,y)=F(η)形式的积分因子
方程(1)具有形如μ(x,y)=F(η)积分因子的充要条件是:存在函数
f(η),使(∂N/∂x-∂M/∂y)  1/f(η) =∂η/∂y M-∂η/∂x N成立,且积分因子
μ(x,y)=F(η)=exp[∫▒〖f(η)dη〗].
推论1:方程(1)有形如μ(x,y)=F(ax^u+bx^γ y^λ+cy^v)积分因子的充要条件是存在函数f(ax^u+bx^γ y^λ+cy^v),使
                               (∂N/∂x-∂M/∂y)  1/f(ax^u+bx^γ y^λ+cy^v ) =bλx^γ y^(λ-1) M+cvy^(v-1) M-aux^(u-1) N-brx^(γ-1) y^λ N
(其中a、b、c为不全为零的常数), 且积分因子
 μ(x,y)= exp[∫▒〖f(ax^u+bx^γ y^λ+cy^v)d(ax^u+bx^γ y^λ+cy^v)〗].

推论2:方程(1)有形如μ(x,y)=F(ax^u+cy^v)积分因子的充要条件是存在函数f(ax^u+cy^v),使
(∂N/∂x-∂M/∂y)  1/(f(ax^u+cy^v))=cvy^(v-1) M-aux^(u-1) N
成立(其中a、c是不全为零的常数), 且积分因子
μ(x,y)= exp[∫▒〖f(ax^u+cy^v)d(ax^u+cy^v)〗].

推论3:方程(1)有形如 μ(x,y)=F(x^γ y^λ)积分因子的充要条件是存在函数f(x^γ y^λ)使 (∂N/∂x-∂M/∂y)  1/(f(x^γ y^λ))=〖λx〗^γ y^(λ-1) M-γx^(γ-1) y^λ N 成立,且积分因子
μ(x,y)= exp[∫▒〖f(x^γ y^λ)d(x^γ y^λ)〗].
证明:方程(1)有形如μ(x,y)=F(η)积分因子的充要条件是
∂FM/∂y=∂FN/∂x,

∂FM/∂y=M dF/dη  ∂η/∂y+F ∂M/∂y,∂FN/∂x=N dF/dη  ∂η/∂x+F ∂N/∂x,
代入整理得
(∂η/∂y M-∂η/∂x N)  dF/dη=F(∂N/∂x-∂M/∂y),

∂N/∂x-∂M/∂y=(∂η/∂y M-∂η/∂x N)  1/F  dF/dη=(∂η/∂y M-∂η/∂x N)  dlnF/dη,
记                           积分因子法在一阶常微分方程求解问题中的应用(4):http://www.youerw.com/shuxue/lunwen_9873.html
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