常微分方程课件奇解和包络

常微分方程课件奇解和包络第一页，共二十二页，2022年，8月28日一、包络和奇解1包络的定义定义1：对于给定的一个单参数曲线族：

曲线族(1)的包络是指这样的曲线,它本身不包含在曲线(1)中,但过这曲线的每一点有(1)中的一条曲线和它在这点相切.第二页，共二十二页，2022年，8月28日对于给定的一个单参数曲线族：

其中为参数.若存在一条曲线满足下列条件:(1)(2)对任意的

存在唯一的使得且与在有相同的切线.则称为曲线族的一条包络线,简称为包络.或定义：第三页，共二十二页，2022年，8月28日例如单参数曲线族：（其中R是常数，c是参数）表示圆心为（c,0）而半径等于R的一族圆.如图R从图形可见,此曲线族的包络显然为:第四页，共二十二页，2022年，8月28日注:并不是每个曲线族都有包络.例如:单参数曲线族:(其中c为参数)表示一族同心圆.

如图从图形可见,此曲线族没有包络.第五页，共二十二页，2022年，8月28日问题:对于给定的单参数曲线族:

如何判断它是否有包络?如果有包络,如何求?根据定义,假设该单参数曲线族有包络则对任意的存在唯一的使得于是得到对应关系:第六页，共二十二页，2022年，8月28日从而得到二元函数使得若可用参数形式表示为:记则于是,第七页，共二十二页，2022年，8月28日上任取一个固定点M,则M在某一条曲线上.由于与在M点有相同的切线,而与在M点的切线的斜率分别为与所以,有从而由于在上不同的点也在不同的上,即因此现在第八页，共二十二页，2022年，8月28日因此,包络线任意一点M不仅要满足而且还要满足把联立方程组:中消去参数c得到的方程F(x,y)=0所表示的曲线称为曲线族的c-判别曲线第九页，共二十二页，2022年，8月28日2包络的求法曲线族(1)的包络包含在下列两方程注:第十页，共二十二页，2022年，8月28日解:记则即例1:的包络.求曲线族第十一页，共二十二页，2022年，8月28日因此c-判别曲线包括两条曲线(2)和(3),第十二页，共二十二页，2022年，8月28日xyO第十三页，共二十二页，2022年，8月28日例2:求直线族:的包络.这里是参数,是常数.解:记则消去参数得的c-判别曲线:经验证是曲线族的包络.如图:第十四页，共二十二页，2022年，8月28日Oxy第十五页，共二十二页，2022年，8月28日3奇解定义2:微分方程的某一解称为奇解,如果在这个解的每一点还有方程的另外一个解存在.注:一阶微分方程的通解的包络一定是奇解;反之微分方程的奇解(若存在)也是微分方程的包络.例如:第十六页，共二十二页，2022年，8月28日第十七页，共二十二页，2022年，8月28日4奇解的求法方程的奇解包含在由方程组注:第十八页，共二十二页，2022年，8月28日例3:求微分方程的奇解.解:从消去p(实际上p=0),得到p-判别曲线即由于方程的通解为:第十九页，共二十二页，2022年，8月28日三、克莱罗（Clairaut）方程1定义3:形如的方程，称为克莱罗(Clairaut)方程.第二十页，共二十二页，2022年，8月28日为求它的解,令得经化简,得2克莱罗(Clairaut)方程的求解这是y已解出的一阶微分方程.第二十一页，共二十二页，2022年，8月28日如果则得到于是,Clairaut方程的通解为:如果