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zgchen9

金虫 (小有名气)

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[求助] 请问如何求解二元一阶微分方程组

各位朋友新年好，我需要解一个二元一阶微分方程组，但是本人数学水平有限，特请交各位朋友。
A,B,C,D,E,F,K为常数，x 和y为t 的函数。dx/dt和dy/dt为导数，二元一阶微分方程组如下：
dx/dt=Ax+By+C
dy/dt=Dx+Ey+F
边界条件为t=0时，x=y=K.

请问如何得到x 和y. 谢谢。

方程组

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一份耕耘，一份收获

1楼2012-01-02 21:31:25

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soliton923

铁杆木虫 (职业作家)

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soliton;sato-theory;algebre-geometry；Random-Matrices-Theory; Riemann-Hilbert method

3楼2012-01-02 22:29:45

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一山

铁杆木虫 (正式写手)

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【答案】应助回帖

★ ★
感谢参与，应助指数 +1
soliton923(金币+2): 谢谢参与讨论~~~ 2012-01-02 22:31:57
zgchen9(金币+5): ★★★很有帮助 2012-01-02 22:34:49
zgchen9(金币+5): ★★★很有帮助 2012-01-02 22:35:21
zgchen9(金币+5): ★★★很有帮助 2012-01-05 20:58:34

用mathematica软件可以求解：
DSolve[{x'[t] == A x[t] + B y[t] + C, y'[t] == D x[t] + E y[t] + F,
x[0] == K, y[0] == K}, {x, y}, t] // Simplify

答案是：

x -> Function[{t}, (2 E^(-(1/
      2) (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) (-2 B C D E^(
      1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      2 B C D E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      2 B C D E^(
      Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) -
      A C E^(1 + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      C E^(2 + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      A C E^(1 + 1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) -
      C E^(2 + 1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) -
      2 B C D E^(
      1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      A C E^(1 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) -
      C E^(2 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) -
      A C E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      C E^(2 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      C E^(1 + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] +
      C E^(1 + 1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t)
         Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] -
      C E^(1 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] -
      C E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] +
      A B E^(1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      A B E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      A B E^(Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      B E^(1 + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F +
      B E^(1 + 1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F +

      A B E^(1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F +
      B E^(1 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      B E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      B E^(1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] F +
      B E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] F -
      B E^(Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] F +
      B E^(1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] F +
      A B D E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      2 B^2 D E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      A B D E^(
      1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      2 B^2 D E^(
      1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      A^2 E^(1 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      2 A B E^(
      1 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      B D E^(1 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      A E^(2 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      A^2 E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      2 A B E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      B D E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      A E^(2 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      B D E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] K +
      B D E^(1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] K -
      A E^(1 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] K -
      A E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] K))/(Sqrt[
   A^2 + 4 B D - 2 A E +
      E^2] (-A - E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) (A + E + Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]))],
  y -> Function[{t}, -(2 E^(-(1/
      2) (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) (-A C D E^(
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      A C D E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      A C D E^(
         Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      C D E^(1 + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) -

      C D E^(1 +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) -
      A C D E^(
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) -
      C D E^(1 +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      C D E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) +
      C D E^(1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t)
         Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] -
      C D E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] +
      C D E^(Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] -
      C D E^(1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] +
      A^2 E^(1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F +
      2 B D E^(1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t)
         F -
      A^2 E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      2 B D E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      A^2 E^(Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      2 B D E^(
         Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F +
      A E^(1 + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      A E^(1 + 1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t)
         F + A^2 E^(
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F +
      2 B D E^(
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      A E^(1 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F +
      A E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) F -
      A E^(1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] F +
      A E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] F -
      A E^(Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] t +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] F +
      A E^(1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] F +
      A B D E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      2 B D^2 E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      A B D E^(
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      2 B D^2 E^(
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      A^2 E^(1 +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      2 A D E^(
         1 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      B D E^(1 +
         1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      A E^(2 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      A^2 E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      2 A D E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t)
         K - B D E^(
         1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K +
      A E^(2 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) K -
      B D E^((A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] K -
      B D E^(1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] K +
      A E^(1 + 1/2 (A + E - Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t +
         1/2 (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] K +

      A E^(1 + (A + E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) t) Sqrt[
         A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2] K))/(Sqrt[
      A^2 + 4 B D - 2 A E +
      E^2] (-A - E + Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]) (A + E +
      Sqrt[A^2 + 4 B D - 2 A E + E^2]))]}}

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忽悠王之俗家弟子

2楼2012-01-02 22:28:24

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lilac_c

至尊木虫 (知名作家)

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【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
zgchen9(金币+2): ★有帮助 2012-01-03 19:56:55

我们一般不直接求出解析解，太难了．

　都采用数值格式求解

离散，．．．．．．．龙格库塔

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我生活在一个经常爆发地震的年代

4楼2012-01-03 09:49:02

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lilac_c

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★
soliton923(金币+1): 谢谢参与讨论~~~ 2012-01-04 22:20:52

dx/dt=Ax+By+C
dy/dt=Dx+Ey+F

基于　crank-Nicloson格式的求解程序编写思路

第一步
显示求解出　当前的x(n+1)与y(n+1)
以第一个方程为例：
x(n+1)=x(n)+dt*( A*x(n)+B*y(n)+C)

第二部校正开始
由于用显格式求解误差会越来越大，故此，要用
x(n+1)=x(n)+dt*( A/2*(x(n)+x(n+1))+B*(y(n)+y(n+1))/2. +c)
当两次求解误差在设置的误差范围内，结束迭代过程，否则，重新回到校正．

．．．．．．．．．．．．．．．．．

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我生活在一个经常爆发地震的年代

6楼2012-01-03 21:12:14

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