14.1 第十次作业参考答案
14.1.1 习题8.3
例 14.1.1
(习题8.3.1)求解以下微分方程:
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(1)
-
-
(2)
-
-
(3)
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-
(4)
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-
(5)
-
-
(6)
-
-
(7)
-
解
(1) 以为因变量可实现降维,同时方程可分离变量,故有
积分可得
(2) 方程不显含,故可令,则,代入原方程可得
再次变量分离可得
(3) 同(2)可得
再次变量分离可得
(4) 同(1)可得
积分可得
(5) 注意到
为了凑出二阶和零阶项系数,尝试
故有
因此
利用积分因子法可得
积分可得
重新选择可使得
(5’) 由于方程是线性的,且的系数均为次数为的多项式,故我们可以猜测方程具有多项式解:
代入原方程可得
因此
(6) 注意到
由此解得
再利用常数变易法可得
(7) 同(4)可得
积分可得
代入初值条件可得,故原方程的解为
14.1.2 习题8.4
例 14.1.2
(习题8.4.2)设且,将Bernoulli方程变为线性微分方程。
解
参考第12.2.6节,令,则满足的方程为
例 14.1.3
(习题8.4.3)给定Riccati方程。
-
(1)
-
证明:若是Riccati方程的任意两个解,则满足某个Bernoulli方程,并求出该Bernoulli方程;
-
(2)
-
验证是的一个解,并求出该方程的通解。
解
(1) 由题可得
两式相减可得
(2) 验证略。设另一个解为,则满足的微分方程为
利用积分因子可得
故原方程的通解为
例 14.1.4
(习题8.4.4)求解以下微分方程:
解
参考例13.3.2。
例 14.1.5
(习题8.4.5)试写出一个二阶线性微分方程使得都是该微分方程的解。
解
我们考虑更一般性的问题:设满足二阶线性微分方程
代入可得
利用Cramer法则可得
其中表示Wronsky行列式。代入、可得
例 14.1.6
(习题8.4.7)求区间上的可微函数使得
解
令,则二阶可微且满足,故有满足以下微分方程:
容易观察到的特解为,代入式可得
代入初值条件可得
因此
14.1.3 习题8.6
例 14.1.7
(习题8.6.1)设、是可微函数且恒正,求解以下微分方程:
解
考虑变换,使得原方程变为的常系数线性方程。注意到
代入原方程可得
利用积分因子可恰好将其凑成
故可令,即,则原方程可化为
例 14.1.8
(习题8.6.2)求解以下微分方程:
解
由于方程只包含和,故可尝试Euler方程的换元法:令,则有
再令,代入原方程可得
解得
积分可得
代回,重新选择可得原方程的通解为