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第五講 一階自治ODE

一,一階自治ODE的形式:\tfrac{dy}{dt}=f(y),這種方程用分離變數就可以解,但有時求解非常繁瑣;

二,怎麼在不解方程的前提下,知道解的性質?可以用幾何法做”y-t”圖:

三、求\tfrac{dy}{dt}=ry-w的解的性質(方程右邊是一次方程):

  1. \tfrac{dy_{0}}{dt}=f(y_{0})=0時,y_{0}點為臨界點;
  2. 根據上式ry_{0}-w=0\Rightarrow y_{0}=w/r,做“\tfrac{dy}{dt}-y”圖和“y-t”圖:   
  3. y> y_{0}時,\tfrac{dy}{dt}> 0遞增,箭頭朝正方向;當y< y_{0}
    時,dy/dt< 0遞減,箭頭朝負方向;
  4. 在”y-t”圖上畫出解曲線\tfrac{dy}{dt}:                                       
  5. 這個公式的現實意義:當y表示存款,r表示利率,w表示取出率時,w會影響臨界點,當存款低於臨界點時,會逐漸變為0。

四,求邏輯斯蒂方程\tfrac{dy}{dt}=ay-by^{2}的解的性質(方程右邊是二次方程):

  1. \tfrac{dy_{0}}{dt}=f(y_{0})=0時,y_{0}點為臨界點;
  2. 根據上式ay_{0}-by^{2}_{0}=0\Rightarrow y_{0}(a-by_{0})=0\Rightarrow y_{0}=\left \{ 0,\frac{a}{b} \right \},做和“\tfrac{dy}{dt}-y”圖和“y-t”圖:
  3. 0< y< \frac{a}{b}時,\tfrac{dy}{dt}> 0遞增,箭頭朝正方向;當y< 0
    y> \frac{a}{b}時,dy/dt< 0遞減,箭頭朝負方向;
  4. 在”y-t”圖上畫出解曲線\tfrac{dy}{dt}:                                               
  5. 穩定解(穩定臨界點):隨著時間增長,所有的解都趨近它;
  6. 非穩定解(非穩定臨界點):隨著時間增長,所有的解都遠離它;
  7. 半穩定解(半穩定臨界點):隨著時間增長,一邊的解趨近它,另一邊的解遠離它,見視訊34:00~36:00;

五,求方程\tfrac{dy}{dt}=ay-by^{2}-h的解的性質:

  1. 方程右邊-h的目的:將邏輯斯蒂函式向下偏移h,使二次函式的頂點和y軸重合;現實意義是,當收割率為h的時候,產量y不會下降為0,如圖。                                                   
  2. 作圖可知臨界點y_{0}和收割率h,千萬別令方程右側等於0,然後倒弄二次函式來求y_{0},這樣非常繁瑣。