一階方程:可分離與線性

隱式通解(implicit general solution)

有時你把所有積分都做對了,最後卻得到一個 x 與 y 之間、你根本無法重排成 y =(x 的某式)的關係。隱式通解就是留在那種糾纏形式的答案——像 G(x, y) = C 這樣、解曲線所滿足的方程,即使 y 沒有乾淨的顯式公式。

這在可分離方程中自然發生。分離並對兩邊積分後,你得到一個含 x 與 y 加上常數的方程;之後能否解出 y 是另一個代數問題,而答案往往是否。例如 dy/dx = (2x)/(cos y + 1) 分離為 (cos y + 1) dy = 2x dx,積分得 sin y + y = x^2 + C。那個關係完美地定義了解曲線,但 sin y + y = x^2 + C 無法解開成 y =(x 的公式)。所以你停在那裡,回報隱式通解。它仍是完整正確的答案:對每個 C 它在平面上刻出一條積分曲線,而給定的初始條件挑出正確的 C。

隱式解是誠實而常見的——把答案留作隱式不是失敗,常常是你能做到的最好結果,而許多著名的解族(一個場的正交軌線、一個位勢的等位曲線)天生就以隱式形式存在。兩點注意:一個隱式關係可能同時描述好幾個解分支,所以你必須保留通過初始點的那一段,並尊重曲線在何處是單值的;要取出數值,你通常在每個 x 處對 G(x, y) = C 數值求 y,而非以代數方式求解。

dy/dx = -x/y 分離為 y dy = -x dx,積分得 y^2/2 = -x^2/2 + C,即 x^2 + y^2 = K。這個隱式解描述圓;你無法寫出單一的 y = 公式,因為每個圓都有上半與下半。

x^2 + y^2 = K 是完整的隱式解;硬把它變成 y =(公式)會丟掉每條曲線的一半。

把解留作隱式是正確的,不是偷懶。但在讀取數值前,要檢查初始點落在該關係上,並判定它屬於哪一個分支。

又称
implicit solution隱式解