基礎:什麼是微分方程

以代入驗證解

關於微分方程,有一個極為令人安心的事實:即使「找出」一個解很難,「檢查」一個被提出的解卻容易又完全機械化。你不需要知道答案是怎麼找到的,也不必管方法是否正當。你只要拿候選函數、算出它的導數、把它們丟進方程,看兩邊是否相等。若相等,它就是解——句點。

精確地說,要驗證一個被提出的解,你算出方程所需的每一個導數,把函數與這些導數代入兩邊,化簡,再確認方程對所關注區間內的所有 x 都化為一個真正的恆等式。範例:y = e^(-x) 是 y' + y = 0 的解嗎?算 y' = -e^(-x)。代入:y' + y = -e^(-x) + e^(-x) = 0。左邊對每一個 x 都等於右邊(零),所以是的,驗證通過。這個檢查純粹是代數與微分——不涉及求解。

這項技能比看起來更重要。它讓你能確認教科書的答案、抓出算術上的小錯、或檢驗一個猜出來的解(待定係數法本質上就是有根據的猜測加上驗證)。它也釐清了「成為一個解」真正的意思:不是你正確地推導出它,而是它處處滿足方程。對隱解,你用隱微分做同樣的事。每當你不確定某個東西是否解一個方程時,別爭論——代入,讓方程來裁決。

驗證 y = e^(-x) 解 y' + y = 0。求導:y' = -e^(-x)。代入左邊:y' + y = -e^(-x) + e^(-x) = 0,對每一個 x 都與右邊相符。確認——不必知道它是怎麼找到的。

算出導數、代入、化簡、檢查是否為真恆等式。

驗證確認某函數「是」一個解;它絕不告訴你是否找到了「全部」的解。對一條曲線檢查成功,對遺漏的常數解或其他族成員毫無說明。

又称
代入檢驗驗證解