Appearance
当微分方程 P(x,y)dx+Q(x,y)dy=0 是恰当微分方程时,即有 ∂P∂y=∂Q∂x,这个时候对于方程的解 u(x,y),有 ∂u∂y=P,∂u∂x=Q,于是积分得到 u=∫P(x,y)dy+ϕ(x),带回 ∂u∂x=Q 解得 ϕ(x),就有了方程的解. 但是有时候微分方程不是恰当微分方程,即 ∂P∂y−∂Q∂x≠0,这时候要引入积分因子 μ=μ(x,y),凑出恰当微分方程 μPdx+μQdy=0. 即有 ∂μP∂y=∂μQ∂x,即 Q∂μ∂x−P∂μ∂y=(∂P∂y−∂Q∂x)μ. 我们希望 μ 只与一个变量有关,这样便于计算出 μ,以 x 为例,μ 只与 x 有关的充要条件是 ∂P∂y−∂Q∂xQ=ψ(x),于是解出 μ=e∫ψ(x)dx. 同理,μ 只与 y 有关的充要条件为 ∂P∂y−∂Q∂x−P=ϕ(y),解得 μ=e∫ϕ(y)dy.
积分因子不唯一,在 μ=μ(x,y) 的情况下很难求解,不过也有一些特殊情况如下:
对于齐次微分方程 P(x,y)dx+Q(x,y)dy=0,若 xP+yQ≠0,则有积分因子 μ=1xP+yQ.
形如 dydx=f(yx) 的一阶微分方程称为齐次微分方程,如 dy=x2+y2xydx.