两类二阶变系数线性微分方程的求解

本文介绍作者在文 [1 ]中给出的两类二阶变系数线性微分方程 ,并用不同于 [1 ]中的方法证明其通解公式 ,同时指出常系数线性方程y″+by′+cy =0 ( 1 )和 Euler方程x2 y″+a1xy′+a2 y =0 ( 2 )都是其特例 ,它们的解式也是所给解式的特例。定理 1　设 G( x)在某区间 I上具有一阶连续导数 ,且 G( x)≠ 0 ,b和 c为实常数 ,则二阶变系数齐次线性方程y″+[b G( x) -G′( x)G( x) ]y′+c G2 ( x) y =0 ( 3 )的通解为( 1 ) b2 -4c<0时 ,y =[C1cos(ω∫Gdx) +C2 sin(ω∫Gdx) ]e- b2 ∫Gdx ( 4)　　 ( 2 ) b2 -4c=0时 ,y =( C1+C2∫Gdx) e- b…     

解一类一阶统一微分方程的常数变易法

在文[1]中我们介绍了将一阶可分离变量方程、齐次方程、线性方程和伯努利(Bernoulli)方程等作为特例的统一方程y′ P(x)y=ynQ(x)F(ye∫P(x)dx)(1)　式中P、Q、F均为其变量的连续函数,n为常数,并给出了解法,即作统一变换y=ue-∫P(x)dx(2)　将方程(1)化为可分离变量方程u′e-∫P(x)dx=une-n∫P(x)dxQ(x)F(u)(3)　分离变量后积分,得(1)的通解(通积分)∫duunF(u)=∫Q(x)e(1-n)∫P(x)dxdx C(4)　式中u=ye∫P(x)dx.我们把这种解法称为解方程(1)的变量代换法.这里我们再介绍求解方程(1)的常数变易法(详见文[2],那里的方程是这里方程(1)当n=…     

Bernoulli方程解法的启迪

众所周知 ,Bernoulli方程dydx=P( x) y +Q( x) yn( n≠ 0 ,1 ) ( 1 )是可用初等积分法求解的一类非线性方程 ,其解法是用函数变换 z=y1- n,则方程 ( 1 )就化为关于未知函数 z的一阶性方程dzdx=( 1 -n) P( x) z +( 1 -n) Q( x)上述解法启迪我们提出一般的问题 :非线性微分方程dydx=P( x) f ( y) +Q( x) g( y) ( 2 )经函数变换化的一阶线性微分方程的充要条件是什么 ?又方程 ( 2 )经函数变换化为 Bernoulli方程的充要条件是什么 ?其中 P( x) ,Q( x)和 f( y) ,g( y)都分别是 x和 y的连续函数 ,且它们都不为零。定理 1　方程 ( 2 )经未知函…     

三类最小值问题的又一种统一解法

文[1]给出了三类函数最小值的统一解法及一般结果，所给一般结果整齐统一，三类函数分别为y=x＋p/x；y=x^2＋p/x；y=x＋p/x^2（x＞0，P＞0）文[1]所给统一解法均为四个步骤：①先拆项并人工配凑一个待定系数；②由二元或三元均值不等式缩小一次函数式；     

一类分式型最值的另一求法——加零法

文[1]给出了一类带条件的分式型最值问题的一种解法———代“1”法,本文给出这类问题的另一种解法———加零法.例1已知x,y>0且x y=1,求u=1x 16y的最小值.解u=1x 1y6 λ(x y-1),其中λ为待定的正常数.则u=(1x λx) (1y6 λy)-λ≥21x.λx 21y6.λy-λ=10λ-λ,等号成立的充要条件为1x=λx且1y6=λy x=1λ,y=4λ,代入x y=1易求得x=15,y=54,故当x=51,y=54时,u=1x 1y6取最小值25.注上述待定常数λ是用来调节不等式等号成立用的,可以求出,也可以不求出(通过消去λ求得使等号成立的x,y).例2设a,b,c,m,n均为正常数,ax by=c,求u=xm yn(x,y>0)的最…     

关于双曲线的一种方程

1　关于双曲线的一种方程设在平面直角坐标系中有两条相交直线l1 和l2 ,它们的方程分别是l1 :a1 x+b1 y+c1 =0 ,　l2 :a2 x+b2 y+c2 =0 .因为是相交直线 ,所以当然满足条件a1 b2 -a2 b1 ≠ 0 ( 1 )则凡以这两条相交直线作为渐近线的双曲线的方程总能写成(a1 x+b1 y+c1 ) (a2 x+b2 y+c2 ) =d ( 2 )其中d是任一非零常数 .反之 ,方程 ( 2 )当d≠ 0并且满足上述条件( 1 )时 ,就表示以l1 和l2 为渐近线的一条双曲线 .关于这一结论可以查阅高等学校的解析几何教材 ,比如吕林根、许子道等人编著的由高教出版社出版的《解析几何》[1 ] (第三版 ) .其…     

关于常数变易法与积分因子的求法

一阶线性非齐次方程dy/dx p(x)y=Q(x)(1)所对应的线性齐次方程为dy/dx p(x)y=0 (2)方程(2)的通解为y=ce-∫p(x)dx(c是任意常数).常数交易法的要点是把任意常数c变为c(x),然后求方程(1)的通解.这一点初学者不易理解,常常会问“怎么想到把c变易为c(x)”.为了解决这个疑难问题,我们介绍以下分析方法.     

浅谈如何求二次函数的解析式

求二次函数的解析式是函数这一章的重点和难点之一 .求函数解析式一般步骤为 :( 1 )设出所求函数的一般解析表达式 .( 2 )把解析式中的系数当做未知数 ,列出方程或方程组 .( 3 )求出方程或方程组的解 ,然后代入函数解析式中便得到所求的解析式 .其中如何能根据函数的一些有关性质或它满足的一些条件 ,设函数的解析式是求二次函数解析式的关键 .二次函数的解析式一般有三种形式 :一般式 :y =ax2 +bx+c(a≠ 0 ,a ,b ,c为常数 )顶点式 :y =a(x-h) 2 +k(a≠ 0 ,a ,h ,k为常数 )两点式 :y =a(x -x1) (x -x2 ) (a≠ 0 ,a ,x1,x2 为常数 )合理设二…     

争鸣

问题　　 问题 6 9　已知函数 y =f(x) 的对称轴为x =b ,求 y=f(kx +c) (k≠ 0 )的对称轴方程 .解　因为 f(kx +c) =f(k(x + ck) ) ,所以 y=f(kx +c)的图象是由 y =f(x) 的图象先实施平移变换 ,再实施伸缩变换而得到 .x =b进行相应的平移变换后得x =b - ck ,再将x =b - ck 进行相应的伸缩变换后得x =b- ckk .即x =kb-ck2为 y =f(kx +c)的对称轴 .上述解法对吗 ?若不对请说明产生错误的原因 .(本刊编辑部根据来稿摘登 )　　问题 70 　在人教版数学第一册 (必修 )的三角函数一章中 :正切函数 y =tanx的单调递增区间表示为 (kπ - π2 ,kπ + …     

浅谈求函数y=a1x2+b1x+c1/a2x2+b2x+c2值域的判别式法

函数y=a1x2+b1x+c1/a2x2+b2x+c2值域的求法,很多资料上给出方法是判别式(即△)法,而一旦自变量的范围给以限定,当△法失效时,还有其他方法吗?一般资料上就避而不谈了.要全面系统解决函数y=a1x2+b1x+c1/a2x2+b2x+c2值域的问题,本文以为需解决以下三个事情:①判别式法的过程和依据,②自变量有限制时还能用判别式法吗?③自变量有范围限制,问题可以归结为三类常见函数:反比例函数;y=t+c/t(c＞0);y=t+c/t(c＜0)的值域求法.     

一道二阶常系数非齐次微分方程的八种解法

针对一道研究生入学考试试题,即求微分方程y″-3y′+2y=2xex的通解,利用待定系数法、常数变易法、算子法、降阶法、积分因子法、拉普拉斯变换法以及MATLAB软件分别给出八种解法.     

全面理解多方转化——一道式函数最值问题的多角度审视

题目函数y=axm b c-ndx(a,b,c,d,m,n均为常数,且ad>0)在定义域内恒有axm b>0且nc-dx>0,求这个函数的最值.1文[1]的解法错在哪里解∵(x ab) (dc-x)=d(ax b)a da(c-dx)=bdc dac,∴aca dbd[(x ab) (dc-x)]=1,∴y=axm b c-ndx=aca dbd[(x ab) (dc-x)].(axm b c-ndx)=aca dbd[(x ab) (dc-x)].(max ab ndcd-x)=aca dbd[(ma dn) nd(x ab)cd-x ma(dc-x)x ab]①当aca dbd>0时,①≥aca dbd.[(ma dn) nd(x ab)cd-x ma(dc-x)x ab]=aca dbd(ma dn 2madn)=md aanc 2bdadmn.当且仅当nd(x ab)cd-x=ma(dc-x)x ab,即dn(x ab)2=ma(cd-x)2时上式取“=”号.此时y…     

一个定理的再推广

文[1]对文[2]中的定理推广为:若方程x f(x)=m和x f-1(x)=m的根分别为a,b.则a b=m.经类比探讨,笔者得到如下结论.定理若方程x·f(x)=m和x·f-1(x)=m分别有唯一根a,b.则a·b=m.该定理的证明用到类似文[2]的引理:若函数y=f(x)与y=g(x)图象的交点为P(x0,y0),则点P′(y0,x0)一定是函     

用主元求根法分解二次六项式

文 [1 ]、[2 ]、[3]分别用微分法、配方法、待定系数法研究了将二次六项式f(x ,y) =ax2 +bxy+cy2 +dx+ey+f(a≠ 0 )分解成两个一次三项式之积(a1 x+b1 y+c1 ) (a2 x+b2 y+c2 )的方法 ,这些方法在理论上是严密可行的 ,但在操作上都是不方便的 ,要记住可分解的条件有加重记忆负担之弊 ,在记忆上和操作上对中学生来说都有一定的难度 .本文在主元思想指导下 ,用求根公式进行分解 (不妨称作 :主元求根法 ) ,属于常规常法 ,并不需要学生记住什么技巧性的东西 ,操作起来比较方便 .把x看成未知数 (主元 ) ,把y看成已知数 ,重新改写得f(x ,y) =ax2 + …     

一类二元函数方程的解法

在本文中,笔者要给出一类二元函数方程(是指函数方程中表示未知函数的自变量的字母有两个) f(W(x,y))=R(f(x),f(y)) (1)的可微解的一个求法。这种解法是把函数方程(1)的形式解(是指包含某些尚须由该函数方程确定的待定常数的解)的求法归结为简单的常微分方程的求解。我们来叙述这种解法。     

一个例题的变式及推广

1　一个例题文 [1 ]中钱亦青老师举到如下例题 :求函数 f(a ,b ,c) =1a3(b +c) + 1b3(c+a)+ 1c3(a +b) 在条件a >0 ,b >0 ,c >0 ,abc =1之下的最小值 .该题变式为 :命题 1　已知a >0 ,b>0 ,c>0且abc=1 ,求证 :1a3(b+c) + 1b3(c+a) + 1c3(a +b) ≥32 ( 1 )现采用文 [2 ]构造函数的方法证明不等式( 1 ) .证　为了书写方便 ,设U =1a3(b +c) +1b3(c+a) + 1c3(a+b) ,V =1a+ 1b+ 1c.构造函数g(x) =xaa(b +c) -a(b+c) 2　 + xbb(c+a) -b(c+a) 2　 + xcc(a +b) -c(a +b)2=x21a3(b +c) + 1b3(c+a)　 + 1c3(a+b)　 - 2x 1a+ 1b+ 1c + [a(b +c)　 +b(c…     

复合函数的反函数

文[1]论证了在特定条件下函数y=f(x a)的反函数是y=f-1(x)-a,文[2]进一步推理出两函数y=f(ax b)与y=1af-1(x)-ba的图象关于直线y=x对称.顺势顿悟,本文来探索更一般的相关结论.定理1　如果内层函数u=g(x)使集合A到集合B上的映射既是单射*又是满射**,外层函数y=f(u)使集合B到集合     

"等周等积定理"的两个推广

文 [1 ]证明了“对任一直角三角形 ,存在等周等积的矩形”.本文作如下推广 :定理 1　对任意直角三角形 ,总存在一个矩形 ,使得矩形与直角三角形的周长和面积比等于常数 k( k≥ 1 ) .证明　在 Rt△ ABC中 ,设直角边为 a、b,斜边为 c,我们要求长为 x,宽为 y的矩形 ,使得方程组2 ( x y) =k( a b c) ,xy =k .12 ab.有正解 ,仅需证明方程t2 - k( a b c)2 t 12 kab =0有正解 .事实上 ,由于 k≥ 1 ,c2 =a2 b2 ≥2 ab,c >a >0 ,c>b >0 ,从而Δ =[- k( a b c)2 ]2 - 4× 1× 12 kab≥ k2 ( a b c) 24 - 2 k2 ab=k24 ( a2 b2…     

运用转轴法探究双曲线y=ax＋b／x的几何特征

文 [1]着重探索函数y =ax + bx (ab≠ 0 ) (1)的应用价值 ,文 [2 ]运用判别式法验证了函数 y=(ax +c) + bx +d(ab≠ 0 )的图象是双曲线 ,本文运用转轴法来探究双曲线 (1)及其平移状态的几何特征 .引理 1　对于双曲线 (1) ,当b >0时 ,把直线 y=ax到y轴的角的平分线记为x′轴 ,则x轴到x′轴的角θ1=π4 + 12 arctana ;当b <0时 ,把 y轴到直线 y =ax的角的平分线记为 y′轴 ,则 y轴到 y′轴的角θ2 =θ1=π4 + 12 arctana .证　如图 1,当b >0时 ,θ1=12arctana + π2 - 0 =π4 + 12 arctana ;当b <0时 ,θ2=12π2 + (π +arctana) - π2 =π4 +…     

解一阶线性常微分方程的积分因子法

一阶线性常微分方程 dy/dx P(x)y=Q(x)当已知函数Q(x)0时,称为非齐次方程,而当Q(x)0时,称为齐次方程。这种方程,通常可用多种方法求解,如Lagrange常数变易法,积分因子法,积分变换法,或者幂级数解法等。由于后面两种方法所用工具比较高深,在教学中一般安排较晚,本文暂不讨论。一般在微积分或微分方程教程中所采用的,多是常数变易法。为了说明问题,我们先简单介绍一下这个解法。