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顺着知识,继续探索

常微分方程

围绕一阶方程、线性方程与外力、系统与相空间理解概念与联系。先建立知识结构,视频讲解按审核情况逐步补充。

前置知识与跨科联系

  • 导数

    导数是差商的极限,在极限存在时刻画函数的局部变化率。

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一阶方程

  • 常微分方程

    常微分方程联系单个自变量的未知函数及其导数。

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  • 初值问题

    初始数据在存在唯一性条件满足时确定微分方程的解。

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  • 可分离变量方程

    可分离变量方程可把变量分置两侧积分,须另检查被除掉的零解。

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  • 积分因子

    积分因子把一阶线性微分方程改写为乘积的导数。

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  • 常微分方程解的存在唯一性

    连续性及适当的局部利普希茨条件可保证初值问题局部存在唯一解。

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  • 恰当微分方程

    微分表达式为某势函数的全微分时称恰当,存在性还依赖定义域条件。

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  • 伯努利微分方程

    适当幂代换可把一阶非线性伯努利方程化为线性方程。

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线性方程与外力

  • 二阶线性微分方程

    二阶线性微分方程对未知函数及其前两阶导数呈线性。

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  • 特征方程

    指数试探解把常系数齐次线性微分方程化为多项式方程。

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  • 常数变易法

    常数变易法把齐次解中的常数变为函数,以构造非齐次方程特解。

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  • 拉普拉斯变换

    在收敛条件下,拉普拉斯积分变换把时间域导数转成代数关系。

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  • 共振

    外力频率接近固有频率时可能产生较大振幅,其程度受阻尼影响。

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  • 朗斯基行列式

    在微分方程假设下,朗斯基行列式可判断解的独立性;任意函数不可盲目套用。

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  • 待定系数法

    待定系数法为适当常系数线性方程选择与外力相容的特解形式。

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系统与相空间

  • 微分方程组

    耦合微分方程描述相互作用的多个状态变量。

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  • 相图

    相图在状态空间展示轨迹,而非直接绘制状态随时间的曲线。

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  • 平衡点与稳定性

    稳定性描述邻近轨迹是否保持接近或趋向平衡点。

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  • 线性化

    雅可比矩阵近似平衡点附近的光滑系统;零实部特征值须进一步分析。

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  • 特征值与特征向量

    线性算子将非零特征向量变为自身的数倍,该倍数称为特征值。

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课程范围参考