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第 15 讲

微分方程

考题:齐次、一阶线性、伯努利、可降阶、二阶常系数、欧拉方程等
重难点:一阶常系数线性方程求解;欧拉方程(数一)
⚡ 核心公式速览

一阶线性通解公式:$$y' + p(x)y = q(x) \implies y = e^{-\int p\,dx}\left[\int q(x)\,e^{\int p\,dx}\,dx + C\right]$$

可降阶两类:$$y'' = f(x, y') \xrightarrow{y' = p(x)} p' = f(x, p); \qquad y'' = f(y, y') \xrightarrow{y' = p(y)} p\frac{dp}{dy} = f(y, p)$$

二阶常系数齐次(特征方程 r² + pr + q = 0):$$\lambda_1 \neq \lambda_2: y = C_1 e^{\lambda_1 x} + C_2 e^{\lambda_2 x}; \quad \lambda_1 = \lambda_2: y = (C_1 + C_2 x)e^{\lambda x}; \quad \alpha \pm \beta i: y = e^{\alpha x}(C_1\cos\beta x + C_2\sin\beta x)$$

非齐次特解设定:$$f = e^{\alpha x}P_m(x) \implies y^* = x^k e^{\alpha x} Q_m(x) \quad (k = \alpha \text{ 为特征根的重数})$$

欧拉方程(数一):$$x^2 y'' + pxy' + qy = f(x) \xrightarrow{x = e^t} \text{常系数线性方程}$$

本讲定位:微分方程。考题覆盖面广:齐次方程、一阶线性、伯努利(数一)、二阶可降阶(数一、数二)、二阶常系数线性、欧拉方程(数一)、几何/物理应用(数一、数二)、经济应用(数三)。重难点:①一阶常系数齐次线性微分方程的求解 ②欧拉方程(数一)

一、微分方程的概念
二、一阶方程求解谱系(识别类型是第一步)
三、可降阶的二阶方程(数一、数二)
四、二阶常系数线性方程

f 为多项式 → y* = xᵏQₘ(x)(k 为 0 是特征根的重数); f = e^{αx}Pₘ(x) → y* = xᵏe^{αx}Qₘ(x); f = e^{αx}[P cos βx + Q sin βx] → y* = xᵏe^{αx}[R₁cos βx + R₂sin βx](k 按 α±βi 是否为特征根取 0 或 1); 叠加原理处理和型;同型合并。

五、欧拉方程(数一)
六、应用(几何/物理/经济)
易错点

:一阶线性公式中 e^{∫p dx} 的符号;可降阶两类代换的区别(p = y′ 还是 p = y′(x));特征方程复根时漏 e^{αx};特解待定系数时 k(重数)判错;应用题忘用初始条件定常数。

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