2018-04-18 開胃學習數(shù)學系列 - 常微分方程

心態(tài)崩了,一把年紀重新學習ODE。反復說,年輕時候好好學數(shù)學。

一個方程里包含了未知量,可能不是未知數(shù),是未知函數(shù),可能是個算子。

函數(shù)方程,泛函方程
微分方程就是一種函數(shù)為未知

微分方程
未知量既有自變量,未知函數(shù),又有未知函數(shù)的導數(shù)的函數(shù)方程。

這個是函數(shù)方程:
Φ(x^2 + 1) = 2 Φ(x)

這個是常微分方程:
dφ/dt2 + k^2 φ + r φ^3 = A cos ω t

這個是偏微分方程:
dφ/dt = d^2 φ /d^2 x
常微分方程對另外的變量不求導,偏微分方程對于兩個都要求導

這個是n階高微分方程

F(t, d' φ, d'' φ, d''' φ...) = 0






怎么寫常微分方程很難,怎么求解更難。

假設(shè)彈簧在 x位置,阻力是 -μ dx/dt,t時刻受到的彈力是 -kx(t)
得到二階微分方程:

m (d'' x / dt^2 ) + μ dx/dt + kx = 0

怎么求解呢???我要簡單理解這個問題...

一是近似計算,因為常微分方程按照古典方法是沒有辦法解的
二是幾何分析,用逼近法
三是微分方程形式,化簡

什么是隱函數(shù):
F(t,x) = 0 可以寫出一個 x = φ(t)

我們有通解?
我們得到的是一組解

在不同時間,解不一樣。
初值問題

要看他們獨立與否:

施加條件之后,我們可以看出來,解是否唯一。

定解條件。






這里其實可以用自由落體來做案例。有附加條件:有初始速度,也就是有初值。柯西條件。

知道解存在不存在,知道這個解唯一不唯一,這兩個問題很重要。






t = t0 時,就是初始問題
可以猜一個Φ放進去求解
問這個序列收斂嘛?做個循環(huán)。
在保證了收斂性的情形下,對較大的n,函數(shù)Φn(t) 就是一個近似解。
難的不是序列,就是不知道收斂性。

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