恢復恰當性的積分因子(integrating factor for exactness)
/ mu(x), Greek 'mew' /
假設恰當性判別失敗——partial M / partial y 不等於 partial N / partial x——所以方程寫出來沒有位勢。但別灰心:你或許能把整個方程乘上一個巧妙挑選的函數 mu(x, y),使新的係數通過判別。那個神奇的乘子就是積分因子,記作 mu,它在不改變解曲線的前提下,把不恰當方程轉成恰當方程。
乘上後,方程成為 (mu M) dx + (mu N) dy = 0,而你要 partial(mu M)/partial y = partial(mu N)/partial x。一般而言這是一個關於 mu 的困難偏微分方程,但有兩個友善的特例能救場。若組合 (partial M/partial y - partial N/partial x)/N 只依賴 x,則 mu 只是 x 的函數,由 mu(x) = e^(該式對 x 的積分) 求得。對稱地,若 (partial N/partial x - partial M/partial y)/M 只依賴 y,則 mu 只是 y 的函數。任一情形下,你積分一個普通函數,乘遍全式,便可照常還原 F。
這與一階線性方程的積分因子是同一個想法的推廣:那裡因子 e^(p 的積分) 把左側收攏為一個乘積的導數;這裡 mu 把 M dx + N dy 收攏為一個真正的全微分 dF。誠實的限度在於並無萬用配方——當兩個特例都不適用時,找出 mu 可能與解原方程一樣難,這正是初等工具箱只能走到一定遠的原因。
方程 y dx + (2x - y e^y) dy = 0 不恰當(partial M/partial y = 1,partial N/partial x = 2)。試 y 的特例:(partial N/partial x - partial M/partial y)/M = (2 - 1)/y = 1/y,只依賴 y,故 mu(y) = e^(1/y 對 y 的積分) = y。乘上後得 y^2 dx + (2xy - y^2 e^y) dy = 0,現在恰當了。
當失配化簡為一個單變數的表達式時,mu 就只是它積分的 e 次方。
積分因子可能在 mu = 0 或 mu 爆掉之處引入或抹去解。乘上 mu 只在 mu 有限且非零的區域上是等價的,所以要檢查在那裡可能被加入或失去的曲線。