微分方程法求中值问题

主要参考微分方程。

一阶线性微分方程

齐次

如果结论是 h′(x)+p(x)h(x)=0,那么就可以使用一阶线性微分方程的结论得到通解:

h(x)=Ce−∫p(x)dx

变形后得到,并且就可以设 F(x) 了:

F(x)=h(x)e∫p(x)dx=C

非齐次

比如结论为 h′(x)+p(x)h(x)=q(x),解该方程得到通解:

h(x)=e−∫p(x)dx(∫q(x)e∫p(x)dxdx+C)

于是可以设:

F(x)=h(x)e∫p(x)dx−∫q(x)e∫p(x)dxdx=C

高阶微分方程

例题 1

只要以转化为 F(x)=C 为目标即可。比如结论为 f″(x)+f(x)=0,那么通过解方程可以得到

f(x)=C1sin⁡x+C2cos⁡x

通过如下变形可以得到 F(x)=C1:

f(x)cos⁡x=C1tan⁡x+C2f′(x)cos⁡x+f(x)sin⁡xcos2⁡x=C1sec2⁡x⟹f(x)sin⁡x+f′(x)cos⁡x=C1

同理可得:

f(x)cos⁡x−f′(x)sin⁡x=C2

例题 2

又例如,对于 f″(x)−f(x)=0,解微分方程可得:

f(x)=C1ex+C2e−x

通过一样的变形可得:

exy=C1e2x+C2exf(x)+exf′(x)=C3e2xe−x[f(x)+f′(x)]=C

于是原函数 G(x)=e−x[f(x)+f′(x)]。