11.4 可降阶的高阶微分方程
有三种容易降阶的高阶方程:
11.4.1 型的微分方程
(1)
方程右端只含x,容易看出,只要把作为新的未知函数,那未(1)式就是新的未知函数的一阶微分方程。两边积分,就得到一个n-1阶的微分方程
.
同理可得 .
依此法继续进行,接连积分n次,便得方程(1)的含有n个任意常数的通解。
例 求微分方程的通解
解 对所给方程接连积分三次,得
。
这就是所求的通解。
11.4.2 型的微分方程
(2)
方程右端不显含未知函数y,如果我们设,那末
而方程就成为.
这是一个关于变量x, p 的一阶微分方程。设其通解为。
但是,因此又得到一个一阶微分方程
对它进行积分,便得到方程(2)的通解为
。
例 求微分方程
满足初始条件,
的特解。
解 所给方程是型的。设y’= p,代入方程并分离变量后,有
.
两端积分,得 ,
即 (),
由条件,得,
所以.
两端再积分,得
又由条件,得 ,
于是所求的特解为.
11.4.3 型的微分方程
(3)
方程中不明显地含自变量x。为了求出它的解,我们令y’= p ,并利用复合函数的求导法则把化为对y的导数,即.
这样,方程(3)就成为。
这是一个关于变量y, p 的一阶微分方程。设它的通解为
,
分离变量并积分,便得方程(3)的通解为
。
例 求微分方程 的通解。
解 所给方程不明显地含自变量x,设
, 则,
代入方程中,得。
在、时,约去p 并分离变量,得。
两端积分,得,
即 ,或 。
再分离变量并两端积分,便得方程的通解为,
或 ()。