常微分算符5 第一阶段

物理
常微分算符5 第一阶段

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Nature 更新于2024-3-7 15:10:02

常微分算符中,我们给出了常系数情况下常微分算符的配凑公式。不过常微分算符并不局限于常系数情形。事实上,对于非常系数,也有:


$$(D-P(x))f(x)=e^{\int P(x)\mathrm{d}x}D(e^{-\int P(x)\mathrm{d}x}f(x))$$


$$\dfrac{1}{D-P(x)}f(x)=e^{\int P(x)\mathrm{d}x}\int e^{-\int P(x)\mathrm{d}x}f(x)\mathrm{d}x$$


而之前的式子只是$P(x)=\lambda$时的特殊情况。不用在意指数上的积分常数,因为你把$\int P(x)\mathrm{d}x$换成$\int P(x)\mathrm{d}x+C$时,积分号里面是负的C,积分号外面是正的C,两者直接抵消了。好了,公式给你了,题应该会做了吧?


练12:$\dfrac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}-2xy=x^2$. 提示:$\int e^{-x^2}\mathrm{d}x=\dfrac{\sqrt\pi}{2}\mathrm{erf}(x)+C$, 这里erf是误差函数。


练13:$\dfrac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+y\sin x=\sin x\cos x$.


现在,我们已经完全掌握了一阶线性非常系数常微分方程。更高阶的线性非常系数常微分方程呢?先看二阶吧。我们来求解形如

微分方程基础(选学) 认识微分方程 微分方程
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2月前
$$\dfrac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}x^2}+P(x)\dfrac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}+Q(x)y=f(x)$$的方程。
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2月前

常微分算符5一共有5个阶段,让我们进入下一阶段吧!

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导数,是变化的象征。从极限到微分再到导数,你已经历许多。你与她的旅途,将在此启程。现在,开启你伟大的探索吧——从线性齐次常系数到特征根与通解。

常系数线性微分方程已经被你玩弄于股掌之中。在常微分算符的帮助下,无论多么吓人的高阶导数,在你眼中都不过是一个多项式而已。此时,你邂逅了从未见过的变系数微分方程。在她面前,你将何去何从?

历经修炼,你终于遇到了第一个物理题。在这里,你发现了常微分算符新的用法,也积累了实战经验,知道应该如何面对具体的物理情景了。

这是试炼,你来到了真正的战场。你补充了装备,积累了各种常微分算符的使用技巧。十年磨一剑,胜负,在此一刻。

之前,你利用换元的技巧解决了一个特殊的变系数微分方程。虽然已经解决,但她始终留在你心里的一个角落,她的名字你还记在心间——欧拉方程。你不满足于换元这样的特殊技巧,想着:对于所有变系数微分方程是否有通用的解法呢?常微分算符开始觉醒了一部分力量,最后的旅程拉开了序幕。

常微分算符让你惊讶,她看上去只是一个喜欢吃糖的柔弱女孩子而已呀?殊不知,她的力量,远远超出你的想象。

常微分算符已经完全觉醒了她的力量,现在你们要去攀登最后的高峰。『我有一个很好的朋友...』

你们做好了一切准备开始向前。常微分算符聊起她的朋友,你隐约觉得有些熟悉。『应该会再见面吧?』

从常微分算符的各种只言片语中,你终于知道她的朋友就是欧拉方程。与此同时,你们成功登顶了。你将不得不面对那个有着一面之缘的女孩,而你和她的故事,也将落下帷幕。