一階方程:可分離與線性
分離變數法(separation of variables)
分離變數法是你實際動手解可分離方程時所執行的程序。如果說可分離方程是問題的類型,那麼分離變數法就是你遵循的食譜——把 dy/dx = f(x) g(y) 變成答案的那一連串代數與積分步驟。
步驟說起來很簡單。第一,把 dy/dx 當成微分的真正比值,重新整理成 dy/g(y) = f(x) dx,讓每個變數獨自在自己那一邊。第二,在兩邊各放一個積分號並積分:1/g(y) 對 y 的積分等於 f(x) 對 x 的積分,再加上單一的任意常數 C(一個常數涵蓋兩邊)。第三,若辦得到,把得到的關係式解出 y,得到顯式解;若辦不到,就留作隱式通解。整個過程中,你必須另外列出任何使 g(y) = 0 的常數解,因為除以 g(y) 把它們藏起來了。
這通常是任何人學到的第一個解題技巧,值得把機制弄乾淨,因為同樣的招式——分開、積分、再接上常數——日後會再出現(例如以分離空間與時間的方式解偏微分方程)。一個誠實的提醒:把 dy/dx 當成可拆開的分數是方便的速記,嚴格上由連鎖律與代換來證明;在這裡它是可靠的習慣,而不是讓你在任何情境都能隨意擺弄 dy 與 dx 的許可證。
對 dy/dx = y cos x:拆成 dy/y = cos x dx,積分得 ln|y| = sin x + C,取指數得 y = A e^(sin x)。單一常數 A 吸收了兩邊的積分常數。
三個動作:分離、用一個常數對兩邊積分,然後若可能就解出 y。
你只加一個常數 C,而不是每邊一個——兩個常數最終只會併成一個。解完後,列出你除掉的常數解。
又稱
另見