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第4章 思维导图:一图看全章,一页定位弱节点

这是第4章正文(学习版)的结构版。

思维导图 · 一图看全章

第4章 微分方程与差分方程 把含导数的方程解成普通函数

§1方程概念

微分方程的定义
定义含未知函数导数的等式;阶=最高阶导数的阶数
方向场:每点给斜率指令,解曲线=服从指令的人
通解是族(常数个数=阶),初始条件选一条
通解与特解B1
定义通解=含任意常数的解族;代入初始条件得特解

§2一阶三型

可分离方程B1
定义y′=f(x)g(y) 移成 dy/g(y)=f(x)dx 两边各积各的(=换元积分法)
除 g(y) 后补验 g=0 常数解
齐次型方程J1
定义y′=f(y/x):令 u=y/x(y=xu,y′=u+xu′)化可分离
一阶线性方程B2B3J2
定义y′+p(x)y=q(x):乘积分因子 μ=e^∫pdx,左边恰成 (μy)′
μ 是倒推出来的,不是天降公式
伯努利方程
定义y′+py=Qyⁿ(边缘):除 yⁿ 令 z=y^{1−n} 化线性
换元动机:搬走 yⁿ

§3二阶常系数

特征根法B4B5B6
定义设 y=e^{rx} 代入 → 特征方程 r²+pr+q=0;指数求导不变形,方程自己筛选 r
两实根 C₁e^{r₁x}+C₂e^{r₂x};重根 (C₁+C₂x)e^{rx};复根 e^{αx}(C₁cosβx+C₂sinβx)
待定系数法J3J4T3
定义按自由项长相设特解;与齐次解同型=撞车,乘 x 再试
撞车原理:乘 x 生异类项,方程才有得抓
叠加原理=线性运算,代数验证过

§4差分方程

差分
定义Δy_t=y_{t+1}−y_t;离散时间(月度/年度数据)的语言
解是数列不是函数;e^{rx} 换成 r^t
一阶差分解法J5J6T4
定义齐次解 (−a)^t(迭代的压缩写法);特解按自由项猜+撞车乘 t
常数自由项=不动点;a=1 撞车改匀速漂移 bt

§5经济应用与综合

增长模型T2
定义y′=ky → y=Ce^{kt}(分离变量积出;C=初值);连续复利是特例
阻滞增长 y′=ky(M−y):市场容量 M
冷却与均衡J6T4
定义dT/dt=−k(T−T₀):差多少补多少;价格动态调整=一阶差分
变限积分方程T1
定义f=x+∫f 型:求导→解方程→回代原式定 C(三步,第三步最易漏)
求导降信息,初始条件藏在原式 x=0 处

圆点节点可点击折叠/展开;字母块是题目锚链。

配套题库 · 16 题(同源于讲义页 · 考点定位 · 遮住先做)

基础组

B1 解 y'=xy,y(0)=2。 考点:可分离+初值——§2 | 讲义页详析→
B2 解 y'+3y=e^{-3x}(用积分因子)。 考点:积分因子——§2 | 讲义页详析→
B3 解 y'+{1}{x}y={sin x}{x},y(pi)=1。 考点:线性+初值——§2 | 讲义页详析→
B4 求 y''-5y'+6y=0 的通解。 考点:两实根特征——§3.1 | 讲义页详析→
B5 求 y''+4y'+4y=0 的通解(重根)。 考点:重根通解——§3.1 | 讲义页详析→
B6 求 y''+2y'+5y=0 的通解(复根)。 考点:复根通解——§3.1 | 讲义页详析→

进阶组

J1 解 y'={y}{x}+tan{y}{x}(齐次型,令 u=y/x)。 考点:齐次型 u=y/x——§2 | 讲义页详析→
J2 解 xy'=y+x^2e^x(先化标准形认型)。 考点:化标准形认线性——§2 | 讲义页详析→
J3 求 y''+y'=2x 的通解(特解设 Ax+B 还是 x(Ax+B)?先判断撞车)。 考点:特解 k=1(λ=0 撞车)——§3.2 | 讲义页详析→
J4 求 y''-y=4e^x 的通解(撞车型)。 考点:撞车乘 x——§3.2 | 讲义页详析→
J5 解 y_{t+1}-13y_t=3^t,y_0=1(差分,撞车判断)。 考点:差分不撞车特解——§4 | 讲义页详析→
J6 某商品价格满足 P_{t+1}=0.5P_t+6(单位元),求均衡价格 bar P 与 P_t(P_0=20),并判断收敛性。 考点:差分均衡与收敛——§4/§5 | 讲义页详析→

挑战组

T1 设 f 连续可导且满足 f(x)=x+int_0^x f(t),dt,求 f(x)。(变限积分方程三步全流程) 考点:变限方程三步——§5.2 | 讲义页详析→
T2 某银行账户以连续复利计息,年名义利率 5%。初始存入 1 万元,且每年以 0.2 万元/年的速率连续存入。写出余额 A(t) 满足的方程并求解。 考点:连续复利+存入建模——§5.1 | 讲义页详析→
T3 求 y''+4y=4sin 2x 的通解(撞车+特解系数全流程)。 考点:sin 型撞车全流程——§3.2 | 讲义页详析→
T4 市场上某商品需求 Q_d=8-2P、供给 Q_s=P-1,价格按 P_{t+1}=P_t+0.6(Q_d(P_t)-Q_s(P_t)) 调整。求均衡价格 bar… 考点:价格调整震荡收敛——§5.2 | 讲义页详析→

考前速查 · 易混对照 + 最容易记错的话

通解 vs 特解:通解带任意常数(个数=阶);初始条件定出的是特解
齐次方程 vs 齐次型 y′=f(y/x):前者"右边为0";后者"y 与 x 齐次",名字撞车但完全不同
分离变量丢解:除以 g(y) 后补验 g(y)=0 的常数解
重根通解:第二个解乘 x:(C₁+C₂x)e^{rx},别写成两件同款相加
撞车判据:所设特解与齐次解同型才乘 x/t;只看 λ 是不是特征根
差分齐次解符号:标准形 y_{t+1}+ay_t=b 的齐次解是 (−a)^t——符号在 a 上
差分撞车:自由项 b^t 且 b 恰等于 −a 时乘 t;与微分方程判据不同(那边看 λ)
变限积分方程:求导后必须回代原式定常数(信息在求导中降级)
特解试形式 k 的取值:k=λ 作为特征根的重数(0/1/2,二重根撞车乘 x²)
经济建模翻译:速度正比→y′=ky;差额修正→冷却型;离散调价→差分

怎么用这张图(三步复习法)

① 只看骨架自问每节讲什么;② 逐层展开对答案,说不出的回主章补;③ 错题回图定位弱项。
⚠️ 看"都眼熟"不算会——判据:合上能复述;闭卷能做对。

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