没时间写前言了,现在赶到现场的是屁都不会的我和拼劲全力不能战胜的 PDE。

从这里到这里,196 页,这真的可能吗?

第一章 绪论

以函数作为未知量的方程称为 函数方程 / 泛函方程

联系自变量、未知函数、未知函数导数的函数方程是 常微分方程

常微分方程的多元函数的版本是 偏微分方程

n 阶常微分方程的 n 说的是最高导数阶数。

求解思想

计算和近似计算

通解说的是有独立常数的解,特别的,这个独立常数满足对 y 和 y导数的雅可比行列式不为0

我看不懂,但是我看那个行列式懂了,也就是偏微分c1 c2在对函数组「贡献」组成的向量上是线性无关,也就是说c1和c2对函数组贡献无关,对函数组有相互独立的贡献。

常数被确定的时候就出了 特解

初值条件 就是为了让通解变成特解的条件种类一种,边界条件 也是作用让通解变特解。不同的是初值条件基本上围绕一个点,边界条件围绕一系列点。

附加初值条件的方程称为 初值问题,也叫 Cauchy 问题

对于难解的初值问题,也可以考虑用迭代构造函数序列的办法来逼近初值问题特解。

Missing \begin{cases} or extra \end{cases}\Phi'(t)=f(t,\Phi(t)) \\ \\ \Phi(t_{0}=x_{0} \end{cases}

用等价积分形式

这里用的是牛顿-莱布尼茨公式,也就是微积分基本定理:定积分出来的是函数插值。

保证收敛性下,用递推公式就能得出近似解。

几何分析

微分方程的方向场就是点上指明该点的斜率。

积分曲线就是方程解的曲线。用条件定义特解就能尝试画特解的积分曲线。

这么做的好处是,积分曲线的每个点都是与方向场一致的光滑曲线。

反过来说,看方向场就能看到积分曲线,从而看到解的几何特征。

等倾线用于看积分曲线的分布状况。等倾线就是每个点斜率都一样的曲线。

斜率为0的等倾线是水平等倾线,垂直的则是垂直等倾线。

第二章 初等积分法

变量分离形式

经典变量分离

像这样的一阶微分方程就是变量分离形式的方程。

可以用分离变量法求解:

Misplaced &&\frac{dy}{dx}=h(x)g(x) \\ 两边积分得 \\ &G(y)=H(x)+C,其中G(y)=\int \frac{1}{g(x)}dx, H(x)=\int h(x)dx \\ \end{align}$$ 可以看出来最后这个就是隐式通解,也可以继续算出通解。

\begin{align} \ 解出 \ &y=G^{-1}(H(x)+C) \ \end{align}

You can't use 'macro parameter character #' in math mode 再考虑初值条件 $y(x_{0})=y_{0}$,可以得到解: $$y=G^{-1}(H(x)+G(y_{0})-H(x_{0}))$$ *变量分离三步,当然也可以直接套公式。第一步是分离变量,第二步是两边积分,第三步求解 y,此外还可以考虑初值条件得到初值条件下的解。* #### 一阶线性微分方程 $$\frac{dy}{dx}=a(x)y+f(x)$$ 其中,$f(x)=0$ 时称为齐次线性方程,否则称为非齐次线性方程。 这样的方程也可以通过技巧化成经典变量分离方程。 操作如下:

\begin{align} 先考虑齐次线性方程 \ &\frac{dy}{dx}=a(x)y \ 这是线性分离的方程,可以求得解 \ &\int \frac{dy}{y}=\int a(x)dx \ &\ln|y|=\int a(x)dx + C_{1} \ &|y|=e^{\int a(x)dx+C_{1}}=e^C_{1}e^{\int a(x) dx} \ &y=Ce^{\int a(x) dx} \end{align}

\begin{align} 技巧来了,将常数 C 替换为函数 c(x) \ y&=c(x)e^{\int a(x)dx} \ 所以有 \ \frac{dy}{dx}&=\frac{dc}{dx}\cdot e^{\int a(x)dx}+a(x)c(x)e^{\int a(x) dx} \ 将上面构造的解带入非齐次线性方程可以得到 \ \frac{dc}{dx}\cdot e^{\int a(x)dx}+c(x)e^{\int a(x) dx}&=a(x)c(x)e^{\int a(x) dx}+f(x) \ 化简可以得到 \ \frac{dc}{dx}&=f(x)e^{-\int a(x)dx} \ 两边积分能算出来 \ c(x)&=\int f(x)e^{-\int a(x)dx}+C \ 带入最顶头的式子就能得到通解 \ y&=e^{\int a(x)dx}\left( \int f(x)e^{-\int a(x)dx} + C \right) \ 或者更进一步拆开括号 \ y=Ce^{\int a(x)dx} + e^{\int a(x)dx} \int f(x)e^{-\int a(x)dx} \end{align}

You can't use 'macro parameter character #' in math mode 这就是常数变易法,通解称为常数变易公式。 *这个鬼公式太难记了,但是推理过程也贼难理解。大概可以这么理解,齐次线性方程的通解是非齐次线性方程 $f(x)=0$ 的解,所以将常数换成函数后原来齐次算出来的通解在非齐次方程上依然成立,所以可以将常数变函数后的式子代回非齐次方程的形式,算出通解。* *感觉不如直接尝试瞪眼结论:* $$y=e^{\int a(x)dx}\left( \int f(x)e^{-\int a(x)dx}+C \right)$$ *这里可以理解成解的基础,里面的 C 就是齐次时的通解基础,另一个积分是 f(x) 作用于通解的变化……算了我编不下去了,多用公式看看能不能记住吧。* #### Bernoulli 方程 *更加宽泛的方程通解* $$\frac{dy}{dx}=a(x)y+f(x)y^\alpha$$ 像这样的就是 Bernoulli 方程。(名字拼着好麻烦)

\begin{align} 两端除以 y^\alpha \ y^{-\alpha} \frac{dy}{dx} = a(x)y^{1-\alpha}+f(x)y \ 令 z=y^{1-\alpha} \ 则有 \frac{dz}{dx}=(1-\alpha) \frac{dy}{dx} \ 所以 \frac{dz}{dx}=(1-\alpha)a(x)z+(1-\alpha)f(x) \ 现在是关于 z 的一阶线性方程了. \end{align}

\begin{align} z=e^{\int(1-\alpha)a(x)dx} \left( \int(1-\alpha) f(x) e^{-\int(1-\alpha)a(x)dx}+C \right)=y^{(1-\alpha)} \ \ 这是隐式解了,喜欢算显式解自己算去. \end{align}

You can't use 'macro parameter character #' in math mode #### 齐次方程 *更加宽泛* $$\frac{dy}{dx}=f(x,y)$$ 这样的就是齐次方程,同样也可以化成之前的已经解开的形式。 *好消息是可以直接化成变量分离形式.*

\begin{align} 有这么一个条件成立 \ f(\lambda x,\lambda y)\equiv f(x,y) \ 令 u = \frac{y}{x} ,则 y=ux. \ 所以 \frac{dy}{dx} = u + x \frac{du}{dx} \ 代入原方程得到 \ u+x \frac{du}{dx} = f(x,ux) = f(1, u) \ 最后 x\frac{du}{dx} = f(1,u) - u \end{align}

You can't use 'macro parameter character #' in math mode 这个就是变量分离的方程了,解出来再把 x,y 代入解就可以得到原方程通解. *感觉是最好理解的一个,除了需要注意 u 也是关于 x 的函数,在求导的时候要用链式法则以外还行。* ### 恰当方程形式 #### 积分因子 ![[Pasted image 20251223152923.png]] ![[Pasted image 20251223153952.png]] ### 隐式方程形式 基本上是令 $p=\frac{dy}{dx}$ 来带入放方程,根据情况解出 $p$, $y$, $x$ 中任意一个: - 如果能解出 $p$,则可以化为变量分离形式. - 如果能解出 $y$ $x$,则可以让 $p$ 作为 $y$ $x$ 参数得到参数解. ### 初等积分法的应用 **积分公式别忘记看了。** ## 第三章 线性方程 $\frac{dx}{dt}=A(t)x+f(t)$ ### 存在性和唯一性 解唯一性定理 ![[Pasted image 20251222195149.png]] ### 齐次线性方程组的通解结构 讨论齐次线性方程组$\frac{dx}{dt}=A(t)x$ 解的结构. 叠加原理. ![[Pasted image 20251222201155.png]] 齐次方程组的 $n$ 个线性无关的解合起来称为该方程的一个 **基本解组**。基本解组不是唯一的。 Wronski 行列式: ![[Pasted image 20251222202603.png]] 判断解组是否线性无关的办法: ![[Pasted image 20251222202708.png]] ![[Pasted image 20251222202737.png]] 迹就是主对角线元素之和。 > 你总结得特别准!核心就是 “解组→矩阵” 的递进关系: > > - 基本解矩阵 = 线性无关的解组(基本解组)按列拼起来的矩阵; > - 标准解矩阵 = 给基本解矩阵加了个 “初始时刻取单位矩阵” 的约束,是更具体的特殊情况。 > > 这种理解完全够用,期末考到概念题这么答肯定没问题~ 基本解矩阵就是基本解组拼起来的矩阵。标准解矩阵就是 E 矩阵这样的矩阵。 任一解都能表示为 $x(t)=X(t)c$. 其中 c 是任一常数向量. ### 非齐次线性方程组的通解 也就是 $\frac{dx}{dt}=A(t)x+f(t)$ 形式的方程. ![[Pasted image 20251222204855.png]] ![[Pasted image 20251222205005.png]] ### 高阶线性方程 这么转化. ![[Pasted image 20251222211138.png]] 同样适用前面的线性方程组的结论. ![[Pasted image 20251222211739.png]] ### 复值解和级数解法 ![[Pasted image 20251223130834.png]] ![[Pasted image 20251223131311.png]] ![[Pasted image 20251223131610.png]] ## 第四章 常系数线性方程 ### 齐次问题 ![[Pasted image 20251223135356.png]] ![[Pasted image 20251223135740.png]] ### 非齐次问题 ![[Pasted image 20251223142114.png]] ![[Pasted image 20251223142216.png]] ### 常系数线性方程组 ![[Pasted image 20251223144615.png]] ## 第五章 一般理论 ### 第五章一般理论 “抓结论、不抠证明” 第五章是**概念 / 理论题**(存在唯一性、解的延拓等),10 分钟快速记: - **Picard 存在唯一性**:条件是 “右端函数连续 + 关于未知函数 Lipschitz 连续”,结论是 “初值问题存在唯一解”; - **Peano 存在定理**:条件更弱(只需要右端函数连续),结论是 “存在解但不保证唯一”; - 解的延拓、对初值的依赖性:记 “解可以延拓到最大存在区间”“解关于初值连续可微” 这类结论即可。 ![[Pasted image 20251223150133.png]]