常微分方程奇解与包络讲稿.ppt

常微分方程奇解与包络第一页，讲稿共三十页哦2.4 奇解奇解包络和奇解包络和奇解克莱罗方程（克莱罗方程（Clairant EquationClairant Equation）本节要求：本节要求：1 了解奇解的意义；2 掌握求奇解的方法。主要内容主要内容第二页，讲稿共三十页哦利用通解和特解可以构造解：利用通解和特解可以构造解：从图形可以看到，有无数从图形可以看到，有无数条积分曲线过初始点。解：解：容易看到容易看到 y y=0=0是解，并且满足给定的初始条件是解，并且满足给定的初始条件例例例例1 1得通解得通解由由第三页，讲稿共三十页哦第四页，讲稿共三十页哦xy第五页，讲稿共三十页哦定义定义2.3 如果方程存在某一解，在它所对应的积如果方程存在某一解，在它所对应的积分曲线上每点处，解的唯一性都被破坏，则称此分曲线上每点处，解的唯一性都被破坏，则称此解为微分方程的解为微分方程的奇解奇解。奇解对应的积分曲线称。奇解对应的积分曲线称为为奇积分曲线奇积分曲线 第六页，讲稿共三十页哦一一 包络和奇解的定义包络和奇解的定义曲线族的包络：曲线族的包络：是指这样的曲线，它本身并不包含在曲线族中，但过这条曲线上的每一点，有曲线族中的一条曲线与其在此点相切。奇解：奇解：在有些微分方程中，存在一条特殊的积分曲线，它并不属于这个方程的积分曲线族，但在这条特殊的积分曲线上的每一点处，都有积分曲线族中的一条曲线与其在此点相切。这条特殊的积分曲线所对应的解称为方程的奇解奇解。注注：奇解上每一点都有方程的另一解存在。第七页，讲稿共三十页哦第八页，讲稿共三十页哦例 单参数曲线族R是常数，c是参数。xyo显然，是曲线族 的包络。一般的曲线族并不一定有包络，如同心圆族，平行线族等都是没有包络的。第九页，讲稿共三十页哦注:并不是每个曲线族都有包络.例如:单参数曲线族:(其中c为参数)表示一族同心圆.如图从图形可见,此曲线族没有包络.第十页，讲稿共三十页哦 二、不存在奇解的判别法二、不存在奇解的判别法假设方程(1.9)的右端函数在区域上有定义，如果在D D上连续且在D D上有界(或连续)，那么由本章定理2.2，方程的任一解是唯一的，从而在D D内一定不存在奇解。有定义的区域D D内成立，那么奇解只能存在于不满足解的存在唯一性定理条件的区域上.进一步如果再能表明在这样的区域上不存在方程的解，那么我们也可以断定该方程无奇解。如果存在唯一性定理条件不是在整个第十一页，讲稿共三十页哦第十二页，讲稿共三十页哦定理2.6 方程(1.9)的积分曲线族(C)的包络线L是(1.9)的奇积分曲线。证明：证明：应用定理应用定理2.1积分曲线与线素场的关系积分曲线与线素场的关系的充要条件的充要条件第十三页，讲稿共三十页哦三三 求奇解（包络线）的方法求奇解（包络线）的方法 C-判别曲线法判别曲线法 P-判别曲线法判别曲线法设一阶方程的通积分为1 C-判别曲线法判别曲线法结论结论：通积分作为曲线族的包络线（奇解）包含在下列方程组消去 C 而得到的曲线中。第十四页，讲稿共三十页哦设由能确定出曲线为则对参数 C 求导数从而得到恒等式第十五页，讲稿共三十页哦当至少有一个不为零时有或这表明曲线 L 在其上每一点(x(C),y(C)处均与曲线族中对应于C的曲线 相切。注意：注意：C-判别曲线中除了包络外，还有其他曲线，尚需检验。判别曲线中除了包络外，还有其他曲线，尚需检验。第十六页，讲稿共三十页哦例例1 求直线族的包络，这里 是参数，p 是常数。解：解：对参数 求导数联立相加，得，经检验，其是所求包络线。xyop第十七页，讲稿共三十页哦例例2 求直线族的包络，这里 c 是参数。解：解：对参数 c 求导数联立得从 得到从 得到因此，C-判别曲线中包括了两条曲线，易检验，是所求包络线。第十八页，讲稿共三十页哦xyo第十九页，讲稿共三十页哦2 p-判别曲线判别曲线结论结论：方程 的奇解包含在下列方程组消去 p 而得到的曲线中。注意：注意：p-判别曲线中除了包络外，还有其他曲线，尚需检验。判别曲线中除了包络外，还有其他曲线，尚需检验。第二十页，讲稿共三十页哦例例3 求方程的奇解。解：解：从消去 p，得到 p-判别曲线经检验，它们是方程的奇解。因为易求得原方程的通解为而 是方程的解，且正好是通解的包络。第二十一页，讲稿共三十页哦例例4 求方程的奇解。解：解：从消去 p，得到 p-判别曲线经检验，不是方程的解，故此方程没有奇解。注意：注意：以上两种方法，只提供求奇解的途径，所得以上两种方法，只提供求奇解的途径，所得p-判判别曲线和别曲线和C-判别曲线是不是奇解，必需进行检验。判别曲线是不是奇解，必需进行检验。第二十二页，讲稿共三十页哦 3 克莱罗方程克莱罗方程形式其中是 p 的连续函数。解法解法通解奇解第二十三页，讲稿共三十页哦结果结果:Clairaut方程的通解是一直线族,此直线族的包络或是Clairaut方程的奇积分曲线,所对应的解是奇解.第二十四页，讲稿共三十页哦例例5 求解方程解：解：这是克莱罗方程，因而其通解为消去 c，得到奇解从第二十五页，讲稿共三十页哦xyO如图:此方程的通解是直线族:而奇解是通解的包络:第二十六页，讲稿共三十页哦例例6 求一曲线，使在其上每一点的切线截割坐标轴而成的直角三角形的面积都等于2。解解 设要求的曲线为过曲线任上一点 的切线方程为其与坐标轴的交点为切线截割坐标轴而成的直角三角形的面积为第二十七页，讲稿共三十页哦这是克莱罗方程，因而其通解为消去 c，得到奇解从这是等腰双曲线，显然它就是满足要求的曲线。第二十八页，讲稿共三十页哦直线族及其包络线第二十九页，讲稿共三十页哦第三十页，讲稿共三十页哦