一階方程:可分離與線性
遺失的常數解(lost constant solution)
這是一個幾乎每個人都被坑過一次的小陷阱。當你分離變數時,你會除以 g(y)。但只有在 g(y) 不為零時除法才合法——任何使 g(y) = 0 的 y 值都給出一個完全正確的常數解,而你的公式卻悄悄把它丟掉了。遺失的常數解正是這些消失的答案之一。
想像方程 dy/dx = y(1 - y)。為了分離,你除以 y(1 - y),這默默假設了 y 既不是 0 也不是 1。但常數函數 y = 0 與 y = 1 都滿足原方程(各自使右邊為零,於是 dy/dx = 0,常數確實如此)。它們是平衡解,而且無論你在積分後的家族中怎麼選常數都生不出它們——在你除下去的那一刻就被丟掉了。補救是一個習慣:在除以 g(y) 之前,找出 g(y) = 0 的每一個根,檢查對應的常數是否真是解,並把它加進你的答案清單。
這很重要,因為那些缺失的解在物理上往往最關鍵:它們是系統能停駐的穩態。在邏輯斯諦人口模型中,y = 0(滅絕)與 y = 承載量正是遺失的常數,漏掉它們的答案是不完整的。更深一層的教訓是:一個代數操作可能改變解集,所以凡是會除東西的方法,都必須審查它丟掉了什麼。
用分離法解 dy/dx = y 得 y = A e^x。取 A = 0 確實得到 y = 0,所以這裡沒有真正遺失。但對 dy/dx = y^2 - y,你除以 y^2 - y,必須手動補回 y = 0 與 y = 1——兩者都不來自積分後的家族。
有時常數解可由某個特殊參數值還原;有時它真的在家族之外,必須補回去。
y = 0 是否「遺失」取決於方程:在 dy/dx = y 中它只是 A = 0,但在 dy/dx = y^(1/2) 中它是家族搆不到的另一個解。一定要明確檢查 g(y) 的根。
又稱
另見