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阿贝尔微分方程恒等式


给定一个齐次线性二阶常微分方程

 y^('')+P(x)y^'+Q(x)y=0,
(1)

将两个线性无关解称为 y_1(x)y_2(x)。则

 y_1^('')+P(x)y_1^'+Q(x)y_1=0
(2)
 y_2^('')+P(x)y_2^'+Q(x)y_2=0.
(3)

现在,取 y_1× (3) 减去 y_2× (2),

 y_1[y_2^('')+P(x)y_2^'+Q(x)y_2]-y_2[y_1^('')+P(x)y_1^'+Q(x)y_1]=0  
(y_1y_2^('')-y_2y_1^(''))+P(y_1y_2^'-y_1^'y_2)+Q(y_1y_2-y_1y_2)=0 
(y_1y_2^('')-y_2y_1^(''))+P(y_1y_2^'-y_1^'y_2)=0.
(4)

现在,使用 Wronskian 的定义并求其导数

W=y_1y_2^'-y_1^'y_2
(5)
W^'=(y_1^'y_2^'+y_1y_2^(''))-(y_1^'y_2^'+y_1^('')y_2)
(6)
=y_1y_2^('')-y_1^('')y_2.
(7)

WW^' 代入 (4) 得到

 W^'+PW=0.
(8)

这可以重新排列得到

 (dW)/W=-P(x)dx
(9)

然后可以直接积分得到

 ln[(W(x))/(W_0)]=-intP(x)dx,
(10)

其中 lnx自然对数。然后取指数得到阿贝尔恒等式

 W(x)=W_0e^(-intP(x)dx),
(11)

其中 W_0 是积分常数。


另请参阅

阿贝尔微分方程二阶常微分方程二阶常微分方程的第二解

使用 探索

参考文献

Boyce, W. E. 和 DiPrima, R. C. 微分方程和边值问题基础教程,第 4 版 纽约: Wiley, pp. 118, 262, 277, 和 355, 1986.

在 上被引用

阿贝尔微分方程恒等式

引用为

Weisstein, Eric W. “阿贝尔微分方程恒等式。” 来自 —— 资源。 https://mathworld.net.cn/AbelsDifferentialEquationIdentity.html

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