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微分方程典型题:(070109)微分方程应用——运动规律建模

xwmath 考研竞赛数学 2023-04-02

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习题分析、求解、小结讲解视频

 

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习题与参考答案

 


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内容小结与知识点

 

微分方程应用——运动规律建模,即借助微分方程模型求解实际问题的基本步骤:

(1) 确定模型类型:注意到实际问题中与数学中的导数相关的常用词语。比如运动学、化学反应中的变化率,速度、速率、加速度,经济学中的边际,生物学、金融、经济等领域中的增长,放射性问题中的衰变以及一般提及的改变、变化、增加、减少等,在几何上则有切线、法线,这样的问题都可能与导数或微分相关,有可能通过建立微分方程模型来反映其规律。

(2) 转换描述并统一量纲:梳理出实际问题中涉及到的各种量,并把相关的文字语言描述转换为数学语言与符号描述形式。如果牵涉到的量有单位,则统一量纲。

(3) 确定因变量与自变量:根据所求结果,确定与结果相关的两个量,一个为待求函数变量;一个为自变量;而与变化率相关的量即为待求函数的导数。

(4) 建立微分方程:分析问题中所涉及的原理或物理定律,根据已有变化率描述;或者借助微元分析法,给自变量一个增量,建立因变量增量与自变量增量相关的等式,并由平均变化率取关于自变量增量趋于0的极限,得到包含待求函数导数的相关等式,即微分方程描述形式。

(5) 确定初值条件:根据问题,找出并明确可能的初值条件;值得注意的是:有些初值条件不一定直接给出,可能在问题的解决过程中获得。

(6) 写出模型:写出由微分方程和初始条件构成的常微分方程初值问题模型。

(7) 求解初值问题:求初值问题的解,给出问题的答案。

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