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xu17211

铜虫 (初入文坛)

[交流] 【求助】求解形如y''+a*y'^2+by'+c=0 二阶微分方程已有2人参与

求解形如y''+a*y'^2+by'+c=0 二阶微分方程,其中a,b,c随输入而变化,会出现b^2-4*a*c>0或<0的情况,a后项为一阶微分平方项。请高手指教,谢谢
若使用matlab直接求解会出现不合适实际的b^2-4*a*c大小判断的问题,不知能否求出适当的解析解,还请各位帮助
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peterflyer

木虫之王 (文学泰斗)

peterflyer


★ ★ ★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
feixiaolin: 金币+4 2014-12-24 20:15:45
令u=dy/dx ,y''=du/dx=du/dy*dy/dx=u*du/dy ,
代入原方程中得:u*du/dy+a*u^2+b*u+c=0
u*du/{u^2+b/a*u+c/a}=-a*dy
[u-b/(2*a)+b/(2*a)]*du/{[u+b/(2*a)]^2*u+c/a-b^/(4*a^2)}=-a*dy
[u+b/(2*a)]*du/{[u+b/(2*a)]^2*u+c/a-b^/(4*a^2)})-b/(2*a)*du/{[u+b/(2*a)]^2*u+c/a-b^/(4*a^2)}=-a*dy
[u+b/(2*a)]*du/{[u+b/(2*a)]^2*u+(4*a*c-b^2)/(4*a^2)}
    -b/(2*a)*d[u+b/(2*a)]/{[u+b/(2*a)]^2*u+(4*a*c-b^2)/(4*a^2)}=-a*dy
讨论:
(1)4*a*c-b^2=0
  Ln[u+b/(2*a)] +b/(2*a)/[u+b/(2*a)]=C-a*y   ,C为积分常数。
Ln[y'+b/(2*a)] +b/(2*a)/[y'+b/(2*a)]=C-a*y

(2)4*a*c-b^2>0 ,令[4*a*c-b^2]/(4*a^2)=β^2
1/2*Ln{[u+b/(2*a)]^2+β^2} + Arctg{[u+b/(2*a)]/β}/β=C-a*y
1/2*Ln{[y'+b/(2*a)]^2+β^2} + Arctg{[y'+b/(2*a)]/β}/β=C-a*y

(3) 4*a*c-b^2<0 ,令[4*a*c-b^2]/(4*a^2)=-β^2
  (2*a*β-b)/(4*a*β)*Ln{[u+b/(2*a)]-β}+ (2*a*β+b)/(4*a*β)*Ln{[u+b/(2*a)]+β}=C-a*y
(2*a*β-b)/(4*a*β)*Ln{[y'+b/(2*a)]-β}+ (2*a*β+b)/(4*a*β)*Ln{[y'+b/(2*a)]+β}=C-a*y

无论如何,得出的降阶方程是一个非线性方程,过于复杂了,求不出解析解,只能求数值解了。
15楼2014-12-24 18:54:37
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xiegangmai

版主 (职业作家)

我没头衔

优秀版主优秀版主优秀版主


xu17211(金币+1):谢谢参与
首先将y''+a*y'^2+by'+c=0 二阶微分方程变换为一阶微分方程组的形式
y(1) = y(2);
y(2) = -a * y(1) ^ 2 - b * y(1) - c;

给定具体a、b、c值,可用ode45可求解。
用MATLAB求不了解析解。
明德厚学、求是创新
2楼2010-08-31 20:04:04
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xu17211

铜虫 (初入文坛)

如果不应用matlab进行求解,请问大家能给出合理的解析解的思路吗?
3楼2010-08-31 22:33:05
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fyq98

木虫 (正式写手)


xu17211(金币+1):谢谢参与
这类问题的解析解可以通过幂级数法求得,即假设解为幂级数,代入方程,根据对应次幂系数相等,得到一些代数方程,解之即得
克难奋进
4楼2010-08-31 23:26:56
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