基礎:什麼是微分方程
顯解與隱解
當你終於釘住一個解時,它可能以兩種不同的形態到來。有時你會得到 y 乾淨地獨自端上,成為一個整齊的公式:y 等於某個關於 x 的表達式。其他時候,你能做到的最好程度是一個把 x 與 y 綁在一起、卻沒有把 y 孤立出來的方程式——關係是真的,但 y 糾纏在裡頭。前者是顯解,後者是隱解。
精確地說,顯解直接把因變量寫成自變量的函數 y = f(x),所以你能對任何 x 代入而讀出 y。隱解是一個解所滿足的關係式 F(x, y) = C,但其中 y 沒有(或無法)用初等方式解出來;曲線是由方程式定義,而非由一條輸出公式定義。例如 x^2 + y^2 = C 是 y' = -x/y 的隱解:對 x^2 + y^2 = C 關於 x 求導,得 2x + 2y y' = 0,重排後恰為 y' = -x/y,所以即使 y 沒有被孤立,這個關係仍成立。
隱解完全合法,而且極為常見——對許多方程,尤其是可分離方程與恰當方程,隱式關係正是答案自然採取的形式,硬要把它化成顯式可能不可能、或需要逐情況選擇正負號或分支。所以實用的態度是:隱解就是一個完整的答案。你用同樣的方式驗證它——隱微分——只在你真的需要顯式數值時才解出 y,並接受你可能得挑出曲線正確的那個分支。
y = sqrt(C - x^2) 是顯解(y 直接給出)。同一族寫成 x^2 + y^2 = C 則是 y' = -x/y 的隱解;隱微分得 2x + 2y y' = 0,即 y' = -x/y,確認了它——但 y 並未被解出。
同樣的曲線、兩種形式:一種把 y 交給你,另一種把 x 與 y 綁在一起。
隱解是完整的答案,不是未完成的。硬化成顯式可能做不到、或會藏起正負號/分支的選擇——只在你真的需要數值時才解出 y。
又称
另见