2018-04-18 开胃学习数学系列 - 常微分方程

心态崩了,一把年纪重新学习ODE。反复说,年轻时候好好学数学。

一个方程里包含了未知量,可能不是未知数,是未知函数,可能是个算子。

函数方程,泛函方程
微分方程就是一种函数为未知

微分方程
未知量既有自变量,未知函数,又有未知函数的导数的函数方程。

这个是函数方程:
Φ(x^2 + 1) = 2 Φ(x)

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

这个是偏微分方程:
dφ/dt = d^2 φ /d^2 x
常微分方程对另外的变量不求导,偏微分方程对于两个都要求导

这个是n阶高微分方程

F(t, d' φ, d'' φ, d''' φ...) = 0






怎么写常微分方程很难,怎么求解更难。

假设弹簧在 x位置,阻力是 -μ dx/dt,t时刻受到的弹力是 -kx(t)
得到二阶微分方程:

m (d'' x / dt^2 ) + μ dx/dt + kx = 0

怎么求解呢!?我要简单理解这个问题...

一是近似计算,因为常微分方程按照古典方法是没有办法解的
二是几何分析,用逼近法
三是微分方程形式,化简

什么是隐函数:
F(t,x) = 0 可以写出一个 x = φ(t)

我们有通解?
我们得到的是一组解

在不同时间,解不一样。
初值问题

要看他们独立与否:

施加条件之后,我们可以看出来,解是否唯一。

定解条件。






这里其实可以用自由落体来做案例。有附加条件:有初始速度,也就是有初值。柯西条件。

知道解存在不存在,知道这个解唯一不唯一,这两个问题很重要。






t = t0 时,就是初始问题
可以猜一个Φ放进去求解
问这个序列收敛嘛?做个循环。
在保证了收敛性的情形下,对较大的n,函数Φn(t) 就是一个近似解。
难的不是序列,就是不知道收敛性。

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