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        三階常微分方程的線性化

        2016-12-10 11:32:24周元任許文祥朱曉宇
        關(guān)鍵詞:中國礦業(yè)大學(xué)線性化三階

        周元任,王 麒,許文祥,朱曉宇,雷 麗

        (中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 理學(xué)院,北京 100083)

        三階常微分方程的線性化

        周元任,王 麒,許文祥,朱曉宇,雷 麗

        (中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 理學(xué)院,北京 100083)

        研究三階常微分方程的線性化,可便于對(duì)三階常微分方程進(jìn)行求解.通過可逆的變量變換,將所有可線性化的三階常微分方程轉(zhuǎn)化成三階程常微分方程的規(guī)范形式,進(jìn)而得到它的通解.由于變量變換是可逆的,所以兩種形式可以互相轉(zhuǎn)化,從而可以利用該方法將一般三階常微分方程轉(zhuǎn)化成三階常微分方程的規(guī)范形式.

        變量變換;可線性化;三階常微分方程

        1 三階常微分方程的規(guī)范化

        由于一般三階常微分方程(ODE)比較繁瑣,難以求解,所以需要找到將一般三階常微分方程轉(zhuǎn)化成線性化的三階常微分方程(三階常微分方程的規(guī)范形式)的方法.

        1.1.背景

        一般線性齊次方程

        可以寫成如下二項(xiàng)式系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式:

        E.拉蓋爾于1879年證明了方程(1.2)里最高階數(shù)以下的兩個(gè)階次項(xiàng)可以同時(shí)被消去,相應(yīng)的結(jié)果可以用如下定理來表述:

        定理1.1 n階常微分方程(1.2)可以通過合適的等價(jià)變換

        1.2 主要思想

        三階方程的規(guī)范形式為

        方程(1.4)很顯然是線性的,那接下來的問題是,哪些三階ODE可以線性化為(1.4)呢?下面我們給出可線性化的三階方程的形式.

        定理1.2 形如

        的三階方程可以通過等價(jià)變換

        2 相關(guān)例題

        例 將下列方程線性化

        〔1〕Ibragimov N.H.,CRC handbook of Lie group analysisofdifferentialequations,CRC Press Inc.,Boca Raton,1994.

        〔2〕Olver P.J.,Applications of Lie groups to differential equations,Springer,New York,1986.

        〔3〕Ibragimov N.H.and Meleshko S.V.,J.Math.Anal.Appl.,308(1),2005,266-289.

        〔4〕盧琦等.微分方程與數(shù)學(xué)物理問題.北京:高等教育出版社,2010.

        O175.1

        A

        1673-260X(2016)11-0001-02

        2016-07-17

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