高等数学 · 微分方程

常微分方程求解器 · 先判类型,再套通解

一阶线性、二阶常系数齐次、一阶可分离(y′=ky)三类方程,给出通解形式与特征根分析。

y′ + py = q → y = Ce^(−px) + q/py″ + ay′ + by = 0 → 特征方程 r²+ar+b=0Δ>0 两实根,Δ=0 重根,Δ<0 共轭复根y′ = ky → y = Ce^(kx)
方程参数三种类型

二阶方程只填 a、b;一阶线性填 p、q;y′=ky 只填 k。

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计算结果等待输入
通解
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方程类型
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特征根
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通解
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稳定性
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计算过程
  1. 填入数据后点「计算」,这里给出代入过程。
二阶齐次三种情形
判别式根通解
Δ>0两个不等实根 r₁,r₂y=C₁e^(r₁x)+C₂e^(r₂x)
Δ=0重根 ry=(C₁+C₂x)e^(rx)
Δ<0共轭复根 α±βiy=e^(αx)(C₁cosβx+C₂sinβx)

先分类,再套公式

一阶方程看能否写成 y′+p(x)y=q(x),能就用积分因子 e^(∫p dx);二阶常系数先写特征方程 r²+ar+b=0,按判别式分三种情况写通解。

通解中的 C 由初始条件确定。没有初始条件时,只能给含任意常数的通解。

稳定性速判

  • 一阶 y′+py=q:p>0 时解收敛到 q/p(稳定)
  • 二阶:两个特征根实部都为负才稳定
  • 有正实部根 → 解发散
  • 纯虚根 → 等幅振荡

常见问题

为什么通解里有两个常数?

二阶方程需要两次积分,因此有两个任意常数,需两个初始条件确定。

Δ=0 时为什么多乘一个 x?

重根时两个解线性相关,用 x·e^(rx) 构造第二个线性无关解。

非齐次方程怎么解?

先求齐次通解,再找一个特解,两者相加。特解形式按右端项类型待定。

数值解和解析解有什么区别?

解析解是表达式,适合分析性质;数值解是离散点,适合无法解析求解的方程。

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