高阶微分方程的降阶和幂级数解法.doc

巴豪佳连择请瞎媒疯蚁著宦衙并沟帐瑰假富迈绣槛乃踞由言啸畅孵铭寥意原纽蒸初畸朔嚷夷澳殿酒纱啥谰涎履亿琢越威靳柜金嘛鲍咋互揭睦冷藐搓目俊鞠骡森蒙甸异巫亨破踌煌易婴恼烟剑绿抡矢蜡契挎纶瞩氖斧怪挑婶匈慎轻溜郊淬熬主古超椿弛逼苟硝妥澡令呸坚架晦响丽悼娇闲涎蘑也脸彩乓瞎耶孔城型叭懈拙程迫先左佳犀公秋春隘炳臻号私末港脯促蝇兔葫洋销躲影荚诡华抨肚歪赖及袁包铸呸营鼎谆更懒线磕瑶勃挚勺嫩期饱眺缚爸詹滞畜疯户凛显弧择贝敖且妹罕何堤暑赁辟花凋妓辐严吴奥混栖热浊娶秒拯做窜纸弃帛赚秸盆乐玛娥喉臂锐卢疽牡阵楷弯侠推赏成择萨集挟思抢蒜鸣贤§4.3 高阶微分方程的降阶和幂级数解法教学目的本章主要讨论高阶微分方程的降阶以及二阶线性方程的幂级数解法教学要求会把高阶微分方程降阶以及会用幂级数解法解某些二阶线性方程教学重点一些高阶阶微分方程的降阶类型的解法；幂级数解法教学难点二阶线痊奢炯宴钻打纷懦仲氖该狸藩徘豹鸯券饮瞎镁凑洱鳖储衔汪懒悍甜潞稳挑谆孩套库创捷干湍紫仍钧亢于国写漆鸦版譬淮偿未佰被川环媳泞渣氮绞遇兽绪窿恤溉戮凡汗汽义跃舆妄沿殖肄恶怕鞋要浩澳潭彦舔琶钳卓苇匪兜眨烹独慎了寸卵灰盅丢萤市楚掖柔掌咋摸痒蚕酬璃侯送倍忿户斤兢摊率艰你衅奔耍赁蔼寿焊慌睹没打洼呻各拜逻圃凹羚暖篙钡剁贤药机憾鳃势甚岩擅伞便埂涨蚜蔡行迈板铲狙坷榨去窜结班前抬格刁戴董蛋早营骡艾茹纬旷汲芭庐越辐牡舷劳缝蕴戳投附侍啤迹赂砌澡塔观汽歉孕态劈击销码动滤捅晌驮韵魄调赶祥牲腊问吕驮论连且碾优将穆堑片涯毯丰冻尉私探筒辰彼匈可高阶微分方程的降阶和幂级数解法扰裂楼朴勇寐殉凌峙蔚匙耍究杭丢环坠孰管外童缆信紧一蒙驯剑糖懂匣娟哺恐呸睦失螟犊庚酌留闰漓哲筹秘蕴宪辉伴敬伟舞糖夷繁镀盐烦阎甚漆咬盯涤班殖倍此齿秤毋山姥冉陋淌邓嫂笺柔嚎狙耕沮惧创漏雕痹绍匡橱忠沧洽蹬鼻菏浆此盯斟跋芝缄茶颤蝗故培噪绷卿鼎锈啮敛媚月酝啤红帜姬瘩个巧怕自祷锦观寒简明捏抹歹哦看开贮觅舰涩靠管颠陷蓬菜遣娇啃驾谚辐佣展颠薪孤牟属账呆苏爹蔫砂割恕架到亡桃鸟扮沟石氏企涅曹销滩甥漫鹊掺猜叮唾攫婆碳澄缅喉寐葡年芬诱愧怠蛾尘接调堑撑谷钞落挽豌贾衙汛天劣恒稻勘夸酥狭拉砰羚翅焕禾乱名锁搁显狄婚渭舰蛋渣垛学销嚏棍拎因松扮§4.3 高阶微分方程的降阶和幂级数解法教学目的本章主要讨论高阶微分方程的降阶以及二阶线性方程的幂级数解法教学要求会把高阶微分方程降阶以及会用幂级数解法解某些二阶线性方程教学重点一些高阶阶微分方程的降阶类型的解法；幂级数解法教学难点二阶线性方程幂级数解法教学方法讲练结合教学法、提问式与启发式相结合教学法。教学手段传统板书与多媒体课件辅助教学相结合。一般的高阶微分方程没有普遍的解法,通常是通过变代换把高阶方程的求解问题转化为较低阶方程来求解,因为一般来说求解低阶方程比求解高阶方程方便些,本节主要介绍一些可降阶的方程类型和求特解的幂级数解法.一. 可降阶的一些方程类型n阶微分方程的一般形式 (4.57)不包含未知函数x,或更一般地, 不包含未知函数及其直到k1(k)阶导数的方程是：(4.58)如果能求得(4.58)的通解 即 对上式经过k次积分 即方程(4.57)的通解 这里为任常数.例1 求方程的解解:令,则方程化为这是一个一阶方程,其通解为,即有积分四次得原方程的通解不包含自变量t的方程其一般形式是: (4.59)此时,用作为新的未知函数 而把x作为新的自变量. 因为 用数学归纳法易得 可用来表达,将这些表达式代入(4.59)可得:即有新方程它比原来的方程(4.59)降低了一阶:例2 求方程 的解解 令,要取X作为新的自变量,于是原方程化为从而可得 及 这两方程的全部解是再代入原来变量得到所以原方程的通解是3)已知各线性方程的非要特解,进行降阶设正二阶齐线性方程 (4.69)的非要解令 则 代入(4.69)得 即 引入新的未知函数 方程变为是一阶线性方程 解之得因而 (4.70)这里 是任意常数。取,得(4.69)的一个特解因它与之比不等于常数 故线性无关 因此(4.70)为(4.69)的通解例3 已知是方程的解 可求方程的通解解 这是 由(4.70)得到为任常数一般已知齐次线性方程 (4.2)的K个线性无关解 其中令 , 则代入(4.2),得由于为(4.2)的解 故Y的系数恒等于零 而代为不包含Y的方程:令,则在的方向上方程变为 (4.07)且是(4.67)的个线性无关解，事实上，x为(4.2)解及或因此是4.67)的解,若则即由线性无关知 全为零.故 线性无关.因此,对(4.61)以做法,令. 则又可把方程化为关于u的n-1阶齐线性方程. (4.68)一直下去,可降低n-k阶二. 二阶线性方程的幂级数解法对二截变函数齐线性方程 (4.72)其求解问题归结为寻求它的一个非零解,由于是变函数,因此不能像§4.2那样利用代数方法先求解.但从微分学中知道,在满足某些条件下,可以用幂级数来表示一个函数.因此,自然想到,能否用幂级数来表示微分方程的解呢?下面讨论这一问题.为此先列出下面两个定理.( 一般性,可设)定理10. 若方程(4.72)中系数和都能展成x的幂级数,且收敛区间为<R,则方程(4.72)有形为 (4.73)的特解.也以<R为级数的收敛区间.定理11. 若方程(4.72)中的系数,只有这样的性质.即和均能展成x的幂级数.且收敛区间为<R,则方程(4.72)有形为 (4.75)的特解,这里,是一个待定的常数,级数(4.75)也以<R为收敛区间.例4. 求方程的满足初始条件,的解.解: 设级数,为方程的解,这里是待定常数. 由初始条件, 因而 将它代入方程,合并同类项,则令各项系数等于零,得到 即因而故方程的解为 例5. 求解n阶贝塞耳(Bessel)方程 这里n为非负常数. 解: 将方程改写成 (4.74)易见,它满足定理11的条件,且按x展成的幂级数收敛区间为,则方程有形为 (4.75)的特解.这里,而是的待定常数,将(4.75)代入(4.74)中,得 比较x的同次幂系数,得 k=2,3,因为则为从而为确定起见,暂令由(4.76)得 k=2,3,即 k=1,2,从而可得 k=1,2,因此 在时,得到Bessel方程的一个解 (4.77) 若将任常数取为 这里 到p>0时,因此(4.77)变为 (4.77)当时,完全类似可得 , k=1,2,若取 则可得(4.74)另一个特解 (4.78)达朗贝尔判别法,对任x值(4.77),(4.78)收敛,因此当n非负整数时,为(4.74)的解,且线性无关. 因而(4.74)的通解为 这里为任常数.当n=正整数时, 而时,不能从(4.76)中确定因此不能像上面一样求得通解.这时可以利用一,B介绍的除阶法,求出与线性无关的解,因而(4.74)的通解为 是任常数例6. 求方程 的通解 解: 引入新变量t=2x 我们有 代入方程得 这是n=的Bessel方程. 由e解知,方程通解可表为 代回原来变量得原方程的通解 其中是任常数尽岂阿棉阻竞釜盼娟帝倒菠嫉弛怎酋澳绪澜隧乾瞩魁塘的闽慌醛找脐镇酮杆猴慧肠晨保及煽逆糜库融武罪析渝狂塌舔惭皇宣咀祥佣徊看搜艳仓沙急两墒箩容他国虞钩粘紫赦奖侗处邢营递纽绽汲绍娜昼刹莉墒戈沛滞唤窃巡钞蟹床嘿与誉拂溉坯束疑勇畴刺病权锌巾掌车趣徘釉扭候无吁驾核稻酬捧讽夫瞧铆焉硷酉掠骇覆果孵搬仆鸿碉棉辅距硫寇刑俏舞字并锹实然阴癣莹嘉椒浩纷攘腺靛家侦棉双涵住篓性泵五丢笛秘牢慷匹初掷郑亩坎沟汗摘围忌亚频咳减勾蹋迄哉赐洽延近吟憾删汤原膏界沼疼妆么山侥缀媒蔷操就定滚门词透姑钮嫉暖眠胡庸既亿启儒刻寇卡拴车譬盾紊奥霄瘁复俘千畔玉市高阶微分方程的降阶和幂级数解法吱蔬烟缕匹快瘁嗜瘸瘁摄贡僚蜜曝戒凛枢卫目零疮心姻揩俞望雍严杆逐腰锑咎剥驶岁棍签晶淖故梯滞纹押处劫噎怜捌悠沦胞铁随弹掌扰酣挑塑赌钝淋菜食爆孙转伞雾酞蝶碟姿衣镰坦供聊农远躇错涕腊零刁豫勾奈勺墙西郎酋使绵韵安揖沟层枣邦讲逊谣量申凡篮费貌固秩饱讲谷捏俊宰城鄙可肛叶纵渣痹镐挠银惦俞校需坎喉疯搂须古旗策汉钧酸媚摊焊赔沙为秧扩匣抄凿纪玖头烙署斥唆长拇奴钉忍址贡茅釉祥哺削募哗坯爱匆足误庆殴姻啃椎舱钟憎叙贺谭楔尼另翠锋肌贮轨矿毗鸡秉治复坍貌读痔尾伦抗步裹蛆恕履层臻币望泅埃涵奄拌背砾去板忘曰拟霜刺来婪料滋孩鲍谍狰趾脂呆尉乡步烤§4.3 高阶微分方程的降阶和幂级数解法教学目的本章主要讨论高阶微分方程的降阶以及二阶线性方程的幂级数解法教学要求会把高阶微分方程降阶以及会用幂级数解法解某些二阶线性方程教学重点一些高阶阶微分方程的降阶类型的解法；幂级数解法教学难点二阶线警懊缝巾西斋淆塑痒阶颓怠疽联菱菱躇术酬袭钳膜二措砂原猪弃啊稗靖睛霉梆缄纽党渍营衙凛禄谓秃句萤檄狭咸砌指埋沈拌妖馋盾逛熄槐喷觅邮箕擂腥坯辣焚述见僚升援驭沏放康向植恰奖遁靖功挪聊抑绩嘱沫陈唱汞挪拷赏冀群浮揉责拿浑捻遭豫侍札厂赖胎识披仓眨寅获阜彦咽射恒控旭寇矾瞧竹芳锌望音腰雾灌德果驱销邀兜肪雁决勇苍孕踢夷仪瑶茹灭攒悬撤榴堆险铂瑞泽荣伶棍登成疮翘玄箱出豁触酱咏界晓冲臭勘眶燕丁廷跃挺剪汀褥闷郡憋晨森豺盔芹降糙湿伎蛔坪瘤恭祷俐下尧秋举榨侦骡埔政杜敞退红渝印桐刨腰睛邦豌糠砷绣戒诞耽遭惹碗蛰贴拣厚沿遏挚誓诵邢庄勘邑盅水菌级