Riccati方程

✍ dations ◷ 2025-09-10 19:56:25 #微分方程

Riccati方程是形式如 y = q 0 ( x ) + q 1 ( x ) y + q 2 ( x ) y 2 {\displaystyle y'=q_{0}(x)+q_{1}(x)y+q_{2}(x)y^{2}} 的常微分方程。

先同乘 q 2 ( x ) {\displaystyle q_{2}(x)} ,使得 q 2 y = q 0 q 2 + q 1 q 2 y + q 2 2 y 2 {\displaystyle q_{2}y'=q_{0}q_{2}+q_{1}q_{2}y+q_{2}^{2}y^{2}}

再以 v = y q 2 {\displaystyle v=yq_{2}} 代入:

再以 v = u u {\displaystyle v=-{\frac {u'}{u}}} 代入上式。

因此

最终 y = u q 2 u {\displaystyle y=-{\frac {u'}{q_{2}u}}} .

显然可设 y = w w {\displaystyle y={\frac {w''}{w'}}}

再代入 2 u u = y {\displaystyle -{\frac {2u'}{u}}=y} ,得线性微分方程:

因为 w w = 2 u u {\displaystyle {\frac {w''}{w'}}=-{\frac {2u'}{u}}} ,积分得 w = C u 2 {\displaystyle w'={\frac {C}{u^{2}}}} 。另一方面,若线性微分方程有其他线性独立解U,则有:

已知 y = y 1 {\displaystyle y=y_{1}} 是一特定解,可设通解 y = y 1 + 1 z {\displaystyle y=y_{1}+{\frac {1}{z}}} ,代入整理得一阶线性常微分方程:

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