如果 是 常微分方程 的常点,则将
在关于
的 泰勒级数 中展开。通常,展开点可以取为
,得到 麦克劳林级数
(1)
|
将 代回 ODE,并按 幂 对 系数 进行分组。现在,获得
项的 递推关系,并用
表示 级数展开。前几个导数的展开式为
(2)
| |||
(3)
| |||
(4)
| |||
(5)
| |||
(6)
|
如果 是 常微分方程 的正则奇点,
(7)
|
可以通过弗罗贝尼乌斯方法或在 洛朗级数 中展开来找到解。在弗罗贝尼乌斯方法中,假设解 的形式为
(8)
|
因此
(9)
| |||
(10)
| |||
(11)
| |||
(12)
|
现在,将 代回 ODE,并按 幂 对 系数 进行分组,以获得
项的递归 公式,然后用
表示 级数展开。将
项设为 0 将产生所谓的 指标方程,这将给出 级数展开 中
的允许值。
作为一个例子,考虑 贝塞尔微分方程
(13)
|
将 (◇) 代入 (◇) 得到
(14)
|
通过设置 获得的 指标方程 为
(15)
|
由于 被定义为第一个 非零 项,
,所以
。为了说明目的,忽略
,仅考虑
的情况(避免特殊情况
),那么方程 (14) 要求
(16)
|
(所以 )和
(17)
|
对于 , 3, ..., 所以
(18)
|
对于 。然后代回到 (◇),重新排列和简化,得到定义 第一类贝塞尔函数
的级数解,它是 (◇) 的非奇异解。(考虑
的情况类似,并得到解
。)
福克斯定理 保证,如果展开点是常点或正则 奇点,则应用弗罗贝尼乌斯方法时,至少会获得一个 幂级数 解。对于正则 奇点,也可以使用 洛朗级数 展开。在 洛朗级数 中展开 ,令
(19)
|